MX2013010422A - Metodo de enfriamiento de tuberia de acero. - Google Patents

Abstract

El método de enfriamiento enfría con agua y enfría una tubería de acero (1) desde la superficie exterior y enfría con agua por lo menos una parte distinta a las partes extremas de esa tubería sin enfriar las partes extremas de la tubería. El uso de una modalidad que provee una parte no es directamente enfriada con agua alrededor del perímetro entero en por lo menos una parte de la dirección axial de una parte distinta a la parte extrema de la tubería, o una modalidad que repetidamente implementa enfriamiento con agua y detiene un enfriamiento con agua intermitentemente en por lo menos una parte del proceso de enfriamiento y además, una modalidad en la cual, en el enfriamiento -con agua de la superficie exterior de la tubería de acero, el enfriamiento con agua fuerte se lleva a cabo con la temperatura de la superficie exterior de la tubería de acero en un intervalo de temperatura mayor que el punto Ms. Posteriormente, es preferible que el enfriamiento forzado de la superficie exterior se lleve a cabo cambiando a enfriamiento con agua débil o enfriamiento con aire y el enfriamiento se lleve a cabo por abajo del punto Ms. De conformidad con este método de enfriamiento, el uso preferible es para procesos de enfriamiento para tubería de acero con contenido de carbono medio y alto (tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media) o tubería de acero inoxidable martensítico.

Description

MÉTODO DE ENFRIAMIENTO DE TUBERÍA DE ACERO Campo técnico La presente invención se refiere a un método para enfriar un tubo o tubería de acero (de aquí en adelante, colectivamente referida como "tubería de acero") hecha de tipo de acero con carbono medio o alto, etc., y muy particularmente a un método para enfriar una tubería de acero que puede evitar de manera efectiva el agrietamiento por enfriamiento de una tubería de acero de acero de aleación" baja o media que contiene un nivel de carbono medio o alto, o tubería de acero inoxidable martensítico, que generalmente puede estar sujeta a agrietamiento por enfriamiento cuando se enfría por medios de enfriamiento rápido tales como enfriamiento con agua.

A menos que se. indique otra cosa, las definiciones de los términos en la presente son las siguientes.

El símbolo "%" representa por ciento en masa de cada componente contenido en un objeto tal como el tipo de acero con carbono medio o alto y acero inoxidable martensítico.

El término "acero de aleación baja" se. refiere aquí a acero en el cual las cantidades de elementos de aleación no son mayores de 5%.

El término "acero de aleación media" se refiere aquí a acero en el cual las cantidades de elementos de aleación están en el intervalo de 5% o más de 10% o menos.

Técnica antecedente Como un método fundamental para reforzar materiales de acero, métodos de utilización de transformación de fase por tratamiento con calor, parcialmente transformación martensitica , se han puesto en práctica ampliamente. Puesto que una tubería de acero hecha de acero con carbono medio o acero con carbono alto (típicamente, una tubería de acero- de. ,acero de aleación baja o acero de aleación medía) presenta excelente resistencia y tenacidad después de ser enfriada y templada, métodos para reforzar materiales de acero mediante enfriamiento y templado se han usado en muchas aplicaciones incluyendo métodos estructurales de máquina, y productos de acero para uso en pozos petroleros. La resistencia del acero se puede incrementar remarcablemente por enfriamiento, y este efecto de refuerzo depende del contenido de C en el acero. Sin embargo, puesto que la estructura de martensita al ser enfriada es generalmente frágil, es sometida a templado a una temperatura no mayor que el punto de transformación de Aci después de enfriamiento, mejorando así su tenacidad.

Para obtener una estructura de martensita al enfriar acero de aleación baja o acero de aleación media, el enfriamiento rápido tal como enfriamiento con agua es necesario. Si la velocidad de enfriamiento es insuficiente, una estructura más suave que la martens-ita, tal como bainita, se mezclaría con martensita de manera que no se puede lograr un efecto de enfriamiento suficiente.

En el tratamiento de enfriamiento de materiales de acero, el agrietamiento por enfriamiento puede ser un problema. Como se describió antes, cuando un producto de acero es rápidamente enfriado, es inevitablemente imposible enfriar uniformemente el producto de acero entero, y después se genera esfuerzo térmico en el producto de acero, atribuible a la diferencia en la velocidad de contracción entre una porción enfriada temprana y una porción enfriada tardía. Además, cuando el tratamiento de enfriamiento causa transformación martensítica, el esfuerzo' de transformación es generado como resultado de la aparición de expansión de volumen debido a transformación de austenita a martensita. La expansión de volumen depende de un contenido de C en acero, y mientras más sea el contenido de C, mayor será la expansión de volumen. Por lo tanto, el acero que tiene un contenido de C alto está sujeto a tener esfuerzo de transformación grande en una etapa de enfriamiento, y es altamente probable que produzca agrietamiento por enfriamiento.

En particular, cuando el producto de acero que ha de ser enfriado tiene una forma tubular, presenta un estado de esfuerzo muy complejo, comparado con otras formas tal como forma de placa plana o una forma de barra/alambre. Por esta razón, si un producto de acero tubular que tiene un contenido de C alto es sometido a enfriamiento rápido, tal como enfriamiento con agua, la susceptibilidad a grietas remarcablemente incrementa y el agrietamiento por enfriamiento frecuentemente ocurre, dando por resultado un rendimiento muy pobre del producto.

Por lo tanto, cuando una tubería de acero que contiene carbono alto entre aceros de aleación baja y aceros de aleación media es enfriada, la velocidad de enfriamiento durante el tratamiento de enfriamiento es controlada al realizar enfriamiento con aceite que tiene una capacidad de enfriamiento más baja en comparación con enfriamiento con agua, o al realizar enfriamiento relativamente bajo por enfriamiento de niebla, a fin de evitar agrietamiento por enfriamiento e incrementar el rendimiento del producto.

Sin embargo, cuando dichos medios de enfriamiento son adaptados, una cantidad suficiente de estructura de martensita no puede obtenerse, dando por resultado una microestructura mixta que- incluye una cantidad considerable de bainita que ocurre a una temperatura comparativamente elevada. Por esta razón, surge un problema de que aun cuando se aplique enfriamiento y templado, no es posible hacer usó completamente de la tenacidad excelente de la estructura de martensita templada, dando así por resultado deterioro de la tenacidad alta de una tubería de acero de producto.

Aunque la estructura de martensita es capitalizada en una tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media como se describió antes, una tubería de acero inoxidable martensítica , que puede lograr fácilmente alta resistencia, se usa ampliamente en el campo de tubería de acero inoxidable así como para varias aplicaciones para las cuales se requiere fuerza y resistencia a la corrosión. En particular, en años recientes, a partir de circunstancias relacionadas con energía, las tuberías de acero inoxidable son usadas de manera extensiva como productos en pozos petroleros para recolectar petróleo y gas natural.

Es decir, el ambiente de pozos (pozos petroleros) para recolectar petróleo y gas natural se ha vuelto cada vez más hostil en años recientes, y además del incremento de la presión asociada con el incremento de profundidad de barrenado, el número de pozos que contienen cantidades significativas de componentes corrosivos tales como dióxido de carbono gaseoso, sulfuro de hidrógeno y iones- de cloro ha ido incrementando. Por consiguiente, aunque el incremento de resistencia del material es demandado, la corrosión del material debido a componentes corrosivos como se describió antes y la fragilidad causada por los mismos se han vuelto un problema, y por lo tanto, existe una creciente demanda de tuberías de pozos petroleros que tengan excelente resistencia a la corrosión.

Bajo tales circunstancias, los aceros inoxidables martensiticos son ampliamente usados en ambientes que contienen dióxido de carbono gaseoso húmedo de temperatura relativamente baja, ya que el acero inoxidable martensitico tiene excelente resistencia a la corrosión por dióxido de carbono gaseoso aunque puede no tener suficiente resistencia al agrietamiento por corrosión de esfuerzo de sulfuro causada por sulfuro de hidrógeno. Ejemplos típicos de esto incluyen una tubería de pozo petrolero del acero de tipo 13Cr (que tiene un contenido de Cr de 12 a 14%) de grado L80 especificado por el API (Instituto Norteamericano del Petróleo) .

En general, es común aplicar tratamientos de enfriamiento y templado para el acero inoxidable martensitico, y el acero 13Cr de grado L80 de API no es la excepción. Sin embargo, puesto que el acero de 13Cr tiene una temperatura de inicio de transformación martensítica (punto Ms) de aproximadamente 300 °C, que es menor que el acero de aleación baja, y tiene una capacidad de endurecimiento grande, presenta alta susceptibilidad a agrietamiento por enfriamiento .

En particular, cuando un producto de acero tubular es enfriado, presenta un estado de esfuerzo muy complejo, en comparación con el caso de material de lámina/placa o barra, y cuando es sometido a enfriamiento con agua, ocurre agrietamiento por enfriamiento; por lo tanto, es necesario adoptar un proceso con una velocidad de enfriamiento lenta tal como enfriamiento en aire (enfriamiento con aire natural) , enfriamiento con aire forzado, y enfriamiento con niebla lento. Por esta razón, en la producción de tubería de pozos petroleros de tipo 13Cr de grado L80, el enfriamiento con aire se realiza para evitar agrietamiento por enfriamiento. Puesto que este tipo de acero de aleación tiene una capacidad de endurecimiento grande, la martensitización se puede lograr cuando la velocidad de enfriamiento en el tiempo de tratamiento de enfriamiento es lenta.

Sin embargo, aunque este método puede ser efectivo para evitar agrietamiento por enfriamiento, surgen problemas de tal manera que la productividad es baja ya que la velocidad de enfriamiento es lenta y además varias propiedades que incluyen la resistencia al agrietamiento por corrosión de esfuerzo de sulfuro se deterioran.

De esta manera, incluso en la tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media, o además en la tubería de acero inoxidable martensítica, existe un problema de agrietamiento por enfriamiento en un tratamiento de enfriamiento, y por lo tanto hay una necesidad mayor de resolver este problema particularmente en una tubería de acero, en comparación con el material de lámina/placa y un material de barra.

De manera convencional, se han propuesto varias técnicas para resolver dicho problema de agrietamiento por enfriamiento. Por ejemplo, la literatura de patente 1 describe, como un método para evitar agrietamiento por enfriamiento de una tubería de acero que contiene 0.2 a 1.2% de C, un método para enfriar una tubería de acero hecha de un tipo de acero con carbono medio o alto, en la cual el enfriamiento en un proceso de enfriamiento se realiza sólo desde una superficie interior de la tubería de acero, y cuando es necesario, la tubería de acero es girada durante el enfriamiento .

En la literatura, se sugiere que: cuando la superficie exterior de la tubería de acero es rápidamente enfriada, la transformación martensítica de la superficie exterior precede y la estructura de martensita frágil de la superficie exterior no puede resistir el esfuerzo de transformación debido a una transformación martensítica retardada de la superficie interior, conduciendo así a agrietamiento por enfriamiento; y es posible contrarrestar apropiadamente el esfuerzo de transformación y el esfuerzo térmico al enfriar la tubería de acero desde la superficie interior. Sin embargo, existe un problema de que la realización del enfriamiento de la superficie interior de una tubería de acero implica dificultades técnicas en comparación con el enfriamiento de la superficie exterior.

La literatura de patente 2 describe, como un método para producir una tubería de acero que tiene una microestructura principalmente compuesta de martensita al aplicar tratamientos de enfriamiento y templado para tubería de acero inoxidable a base de Cr que contiene 0.1 a 0.3% de C y 11.0 a 15.0% de Cr, un método para producir una tubería de acero inoxidable martensítica en la cual la tubería de acero es enfriada a una temperatura de enfriamiento promedio no menor que 8°C/segundo en un intervalo de temperatura de punto Ms a punto Mf (temperatura a la cual termina la transformación martensítica) cuando se realiza el tratamiento de enfriamiento, y posteriormente la tubería de acero es sometida al tratamiento de templado. Al asegurar la velocidad de enfriamiento anteriormente descrita, es posible evitar la formación de austenita retenida, obteniendo así una microestructura principalmente compuesta de martensita.

Sin embargo, para evitar agrietamiento por enfriamiento incluso en enfriamiento rápido tal como enfriamiento con agua, el método de producción de la literatura de patente 2 requiere que el enfriamiento se realice sólo desde la superficie interior de una tubería de acero, y además, según sea necesario, la tubería de acero sea girada, de modo que un problema similar al del método de enfriamiento de conformidad con la literatura de patente 1 surge cuando se pone en uso comercial.

La literatura de patente 3 describe un método para producir una tubería de acero inoxidable martensít ica, -en la cual una tubería de acero inoxidable que contiene 0.1 a 0.3% de C y 11 a 15% de Cr es enfriada al realizar un enfriamiento de dos etapas para obtener una microestructura de la cual no menos de 80% es martensita y posteriormente la tubería de acero inoxidable es templada, en donde el enfriamiento de dos etapas consiste en un primer enfriamiento en el cual el enfriamiento con aire es realizado desde una temperatura de inicio de enfriamiento hasta cuando la temperatura de superficie exterior se vuelve cualquier temperatura menor que "punto Ms-30°C" y mayor que "una temperatura intermedia entre el punto Ms y el punto Mf"; y posteriormente un segundo enfriamiento en el cual el enfriamiento controlado rápido de la superficie exterior de la tubería se realiza a través de un intervalo de temperatura hasta que la temperatura de superficie exterior se vuelve el punto Mf o menor, para asegurar una velocidad de enfriamiento promedio de la superficie interior de la tubería no sea menor que 8 °C/segundo .

El método descrito en la literatura de patente 3 es un método para evitar agrietamiento por enfriamiento al reducir relativamente la velocidad de enfriamiento en el primer enfriamiento, y para suprimir la formación de austenita retenida por enfriamiento controlado rápido de la superficie exterior de la tubería en el segundo enfriamiento. Sin embargo, cuando el espesor de la pared es fuerte, es difícil controlar la velocidad de enfriamiento de la superficie interior de la 'tubería al enfriar la superficie exterior .

Además, la literatura de patente 4 describe, como un método para producir una tubería de acero sin costura de acero de aleación baja que contiene un nivel de carbono medio o alto de C: 0.30 a 0.60%, un método para realizar enfriamiento con agua hasta un intervalo de temperatura de 400 a 600°C inmediatamente después del laminado en caliente, y después del final del enfriamiento con agua, realizando tratamiento con calor por transformación isotérmica (proceso de austemplado) en un horno calentado a 400 a 600°C. Sin embargo, la microestructura de la tubería de acero que es producida por el tratamiento térmico de transformación isotérmica de conformidad con la literatura de patente 4 es bainita que generalmente tiene una resistencia más baja que la martensita y por lo tanto puede no ser capaz de enfrentar un caso en donde se requiera alta resistencia.

Lista de citas Literatura de patente Literatura de patente 1: publicación de solicitud de patente japonesa No. 9-104925 Literatura de patente 2: publicación de solicitud de patente japonesa No. 8-188827 Literatura de patente 3: publicación de solicitud de patente japonesa No. 10-17934 Literatura de patente 4 : publicación de solicitud de patente japonesa No. 2006-265657 Sumario de la invención Problema técnico Como se describió antes, cuando un tipo de tubería de acero con carbono medio o alto (una tubería de acero de un acero de aleación baja o un acero de aleación media) es enfriado para obtener una estructura de martensita de alta resistencia, la realización de enfriamiento rápido tal como enfriamiento con agua es probable que produzca agrietamiento por enfriamiento. Si un enfriamiento moderado tal como enfriamiento de petróleo se realiza para evitar agrietamiento por enfriamiento, una cantidad suficiente de estructura de martensita no se puede obtener, conduciendo así a una resistencia/tenacidad degradadas de la tubería de acero.

Además, cuando se produce una tubería de acero inoxidable martensítica, aunque es posible obtener estructura martensítica aun cuando la velocidad de enfriamiento es moderadamente lenta en el tiempo del tratamiento de enfriamiento, la productividad es baja debido a la velocidad de enfriamiento más baja, y varias propiedades incluyendo resistencia a agrietamiento por corrosión de esfuerzo de sulfuro se deteriora. Si el enfriamiento con agua se realiza para mejorar la productividad, ocurre agrietamiento por enfriamiento .

La presente invención se ha hecho en vista de los problemas anteriormente descritos, y tiene como objetivo proveer un método para enfriar una tubería de acero que puede ser efectiva para evitar el agrietamiento por enfriamiento en un tipo de tubería de acero con carbono medio o alto (una tubería de acero principalmente de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media) o acero inoxidable martensítico.

Solución al problema Los sumarios de la presente invención son los siguientes . (1) Un método para enfriar una tubería de acero mediante enfriamiento con agua desde una superficie exterior de la misma, en donde las porciones extremas de tubería evitan el enfriamiento con agua y por lo menos parte de un cuerpo principal distinto a la tubería y porciones extremas es sometida a enfriamiento con agua. (2) El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con (1), en donde una región (es) que no es sometida a enfriamiento con agua directa sobre una circunferencia entera de la misma se provee a lo largo de una dirección axial por lo menos en parte del cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería. (3) El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con (1) o (2), en donde el inicio y detención de enfriamiento con agua son intermitentemente repetidos por lo menos en parte de un proceso de enfriamiento. (4) El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con (1) o (2), en donde a fin de realizar enfriamiento con agua para una superficie exterior de la tubería de acero, un enfriamiento con agua intensificado se realiza en un intervalo de temperatura en el cual la temperatura de la superficie exterior de la tubería de acero es mayor que el punto s, posteriormente cambiado a un enfriamiento con agua moderado o un enfriamiento con aire para enfriar forzadamente la superficie exterior al punto Ms o más bajo. (5) El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con cualquiera de (1) a (4), en donde la tubería de acero contiene 0.2 a 1.2% de C. (6) El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con cualquiera de (1) a (4), en donde la tubería de acero es una tubería de acero inoxidable a base de Cr que contiene 0.10 a 0.30% de C y 11 a 18% de Cr.

Efectos ventajosos de la invención De conformidad con el método para enfriar una tubería de acero de la presente invención, es posible someter un tipo de tubería de acero con carbono medio o alto (una tubería de acero principalmente de acero de aleación baja o acero de aleación media) o una tubería de acero inoxidable a base dé Cr a un tratamiento de enfriamiento mediante el uso de medios de enfriamiento rápidos (enfriamiento con agua) sin causar agrietamiento por enfriamiento. Eso permite la producción estable de tubería de acero de alta resistencia que tiene una microestructura con una relación de martensita alta (específicamente, una relación de martensita que no es menor que 80%) .

Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama para explicar un método para enfriar una tubería de acero de la presente invención, en la cual (a) es un diagrama para mostrar un método de enfriamiento en el tiempo de un tratamiento de enfriamiento, y (b) es un diagrama explicativo de una microestructura después del tratamiento de enfriamiento (en donde el caso de un acero de aleación baja es ilustrado) .

La figura 2 es un diagrama para explicar otra modalidad del método para enfriar una tubería de acero de la presente invención, en el cual (a) es un diagrama para mostrar un método de enfriamiento en el tiempo de un tratamiento de enfriamiento, y (b) es un diagrama explicativo de una microestructura después del tratamiento de enfriamiento (en donde el caso de un acero de aleación baja es ilustrado) .

La figura 3 es un diagrama para mostrar un ejemplo de configuración fuera de línea de una parte principal de un aparato que se puede usar para realizar el método para enfriar una tubería de acero de la presente invención.

La figura 4 es un diagrama que muestra una configuración fuera de línea del aparato de enfriamiento usado en los ejemplos.

La figura 5 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie interior de un cuerpo principal distinto de las porciones extremas de tubería para una tubería de acero cuando la longitud entera de la tubería de acero hecha de acero de aleación baja fue enfriado bajo la condición de enfriamiento con agua de la prueba número 1 de la tabla 2.

La figura 6 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería para una tubería de acero cuando la longitud entera de tubería de acero hecha de acero de aleación baja fue enfriada bajo la condición de enfriamiento con agua de la prueba número 2 de la tabla 2.

La figura 7 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería para una tubería de acero y tanto porciones extremas izquierda como derecha de la tubería de acero cuando sólo el cuerpo principal de la tubería de acero hecha de acero de aleación baja fue enfriado bajo la condición de enfriamiento con agua de la prueba número 3 de la tabla 2.

La figura 8 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería para una tubería de acero y tanto porciones extremas izquierda como derecha de la tubería de acero cuando sólo el cuerpo principal de la tubería de acero hecha de acero de aleación baja fue enfriado bajo la condición de enfriamiento con agua de la prueba número 5 de la tabla 2.

La figura 9 es un diagrama que muestra un modelo de análisis de FEM para análisis de una sección transversal bidimensional de la tubería de acero.

La figura 10 es un diagrama que muestra la relación entre un esfuerzo máximo circunferencial y el espesor de pared de una tubería de acero, que es el resultado del análisis por el modelo de análisis de FEM para analizar una sección transversal bidimensional de la tubería de acero.

La figura 11 es un diagrama que muestra el resultado de análisis por un modelo de análisis de FEM para analizar una sección longitudinal bidimensional de una tubería de acero, en la cual (a) muestra un caso en donde la superficie periférica externa entera de una tubería de acero fue enfriada con agua, y (b) muestra . un caso en donde sólo un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería de la tubería de acero fue sometido a enfriamiento con agua.

Descripción de las modalidades Para resolver los problemas anteriormente descritos, los inventores de la presente han repetido los experimentos de enfriamiento con agua en los cuales especímenes de prueba de tubería de acero hechos para acero de aleación baja que contienen un alto nivel de carbono y acero inoxidable a base de Cr fueron calentados a no menos que la temperatura de punto de transformación Ar3, y la tubería de acero fue sometida a enfriamiento con agua desde la superficie exterior. Como resultado de eso, se han obtenido los siguientes hallazgos (a) a (f) . (a) Cuando la tubería de acero completa es enfriada a no más que la temperatura de acabado de la transformación martensítica (punto Mf) por un enfriamiento con agua intensificado, existe una alta probabilidad de que ocurra agrietamiento por enfriamiento. (b) Puesto que una grieta en el tiempo de agrietamiento por enfriamiento se extiende aproximadamente en una dirección axial de la tubería de acero, se infiere que el esfuerzo primario para desarrollar la grieta es esfuerzo a la tensión en una dirección circunferencial. (c) La causa de la generación del esfuerzo a la tensión en una dirección circunferencial es posiblemente atribuido al retraso del tiempo de transformación martensítica entre el lado de superficie exterior sobre el lado de superficie interior debido a diferencia de temperatura (irregularidad de temperatura) a lo largo de la dirección del espesor de la pared ocurre en el procedimiento de enfriamiento. (d) Particularmente en la vecindad de la superficie enfriada en donde la irregularidad de temperatura es grande (es decir, la diferencia de temperatura del lado de superficie interior es grande) , una micro-grieta debido a fractura frágil es probable que ocurra, y esto tiende a ser un punto de inicio de propagación de grieta. (e) Una fisura, en la mayoría de los casos, se desarrolla desde la porción de extremo de una tubería de acero como el punto de inicio. Esto supuestamente se debe a que un factor de intensidad de esfuerzo en una porción de extremo con una superficie libre es mayor que en cualquier porción distinta a las porciones extremas. (f) Cuando el enfriamiento con agua no es utilizado para suprimir una velocidad de enfriamiento, el agrietamiento por enfriamiento no ocurre ya sea en el caso de acero de aleación baja que contiene un nivel alto de carbono o acero inoxidable a base de Cr. Cabe notar que en el acero de aleación baja que contiene un alto nivel de carbono, la martensitización es suprimida y una microestructura principalmente compuesta de bainita se obtiene, por lo que no ocurre agrietamiento por enfriamiento.

En breve, el agrietamiento por enfriamiento es atribuido en la mayoría de los casos a la consecuencia de que una fisura generada en una porción extrema con una superficie libre de una tubería de acero y que actúa como un punto de inicio de la grieta es sometido a esfuerzo a la tensión (de aquí en adelante "esfuerzo a la tensión" también se refiere simplemente como "esfuerzo") en una dirección circunferencial debido a esfuerzo térmico y esfuerzo de transformación, el esfuerzo térmico siendo causado por irregularidades de temperatura en una dirección del espesor de la pared, las irregularidades de temperatura ocurriendo en el procedimiento de enfriamiento, y se propaga por micro-grietas que aparecen en la vecindad de la superficie enfriada.

Los inventores de la presente además calcularon el esfuerzo máximo generado en una dirección circunferencial de una tubería de acero por un análisis de FEM (método de elemento finito) , tomando en cuenta el esfuerzo térmico y el esfuerzo de transformación. En este análisis de FEM, se supone que la tubería de acero es uniformemente enfriada en una dirección axial de la misma, y un modelo de deformación de plano generalizado se aplica para analizar una sección transversal bidimensional de la tubería de acero.

La figura 9 es un diagrama que muestra un modelo de análisis de FEM para el análisis de una sección transversal bidimensional de una tubería de acero. En el cálculo con este modelo, como se muestra en la figura, se supuso que la tubería de acero es tomada de un horno al exterior a 920°C y, después de que han transcurrido 50 segundos (tomando en consideración el tiempo de preparación para enfriamiento, etc.), la superficie exterior de- la tubería de acero 1 (C: 0.6%) es sometida a enfriamiento con agua desde tres direcciones mediante el uso de boquillas de aire-combinado con agua 9, y la superficie interior es enfriada por soplado de aire. Aunque el coeficiente de transferencia de calor de la superficie exterior de la tubería de acero 1 varía dependiendo de la temperatura, se supuso que era 12700 W(m2-K) cuando mucho .

La figura 10 es un diagrama que muestra la relación entre un esfuerzo máximo circunferencial y el espesor de la pared de una tubería de acero, que es el resultado de análisis por el modelo. En la figura, el símbolo · (enfriamiento con agua únicamente) muestra un caso en el cual el enfriamiento es realizado bajo la condición en la figura 9, y el símbolo O (enfriamiento controlado) muestra un caso que simula el estado de enfriamiento (véase figura 2 descrita más adelante) cuando el enfriamiento . con aire se aplica para las regiones apropiadas para enfriamiento con agua, en donde el agua es rociada a una presión baja sólo desde una boquilla de aire combinado con agua dispuesta por arriba de la tubería de acero de tal manera que la corriente de agua rociada no es directamente inyectada en la tubería de acero y la corriente de aire y gotas de agua diminutas suspendidas en la misma se forman. Además, la línea discontinua paralela al eje lateral en la figura indica un esfuerzo crítico por abajo del cual no ocurre agrietamiento por enfriamiento, y que es 200 MPa en este caso.

A partir de los resultados del análisis mostrados en la figura 10, se reveló que cuando la superficie exterior de una tubería de acero es sometida a enfriamiento con agua desde 3 direcciones (símbolo · en la figura), el esfuerzo máximo circunferencial de la- tubería de acero excede el esfuerzo crítico para agrietamiento (200 MPa) independientemente del espesor de la pared, y por lo tanto ocurre el agrietamiento por enfriamiento; sin embargo, si el enfriamiento controlado en el cual el enfriamiento con aire es aplicado para regiones apropiadas para enfriamiento con agua se realiza (símbolo O en la figura) el esfuerzo máximo circunferencial de la región enfriada con aire puede ser reducida significativamente.

La figura 11 es un diagrama que muestra el resultado del análisis por el modelo de análisis de FE para analizar una sección longitudinal bidimensional de una tubería de acero, en la cual (a) muestra un caso en donde la superficie periférica externa completa de una tubería de acero fue enfriada con agua, y (b) muestra un caso en donde sólo un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de una tubería de acero (véase figura 1 descrita más adelante) fue sometida a enfriamiento con agua, y las porciones extremas de tubería de acero no fueron sometidas a enfriamiento con agua. Cabe notar que la figura 11 representa una semi-sección longitudinal de una tubería de acero 1 que es longitudinalmente seccionada por un plano que incluye la línea central axial, en el cual el plano denotado por el carácter de referencia 10a es una superficie exterior, y el plano denotado por el carácter de referencia 10b es una superficie interior. El coeficiente de transferencia de calor de la superficie exterior de la tubería de acero se supuso que era 12, 700 W(m2,K) cuando mucho.

' Como es evidente a partir de la figura 11, aunque un esfuerzo circunferencial grande (s0 = 236 MPa) que excede el esfuerzo crítico para agrietamiento (200 MPa) es generado en una porción extrema de tubería cuando la superficie periférica externa completa de la misma es sometida a enfriamiento con agua, dicho esfuerzo circunferencial grande no es generado cuando la porción extrema de tubería no es sometida a enfriamiento con agua.

Como se ha descrito hasta ahora, el resultado de análisis de ¦ FEM también reveló que es posible reducir significativamente el esfuerzo circunferencial de las porciones extremas de tubería al aplicar enfriamiento con aire para las porciones extremas de tubería, es decir, sin enfriamiento con agua para las mismas.

Los inventores de la presente han propuesto las siguientes ideas, (g) y (h) , a partir de los hallazgos y discusión anteriormente descritos, completando finalmente la presente invención: (g) Incluso para una tubería de acero hecha de un acero de aleación baja o acero de aleación media que está sujeta a que ocurra agrietamiento por enfriamiento en enfriamiento con agua, puede ser enfriada con agua establemente sin causar agrietamiento por enfriamiento, siempre que las porciones extremas de tubería de acero no sean sometidas a enfriamiento con agua y las porciones distintas a esas porciones extremas de tubería de acero sean sometidas a enfriamiento con agua a una velocidad de enfriamiento que asegure una relación de martensita suficiente, y (h) cuando el método de enfriamiento con agua descrito anteriormente se aplica a una tubería de acero hecha de acero inoxidable martensítico, es posible asegurar altos rendimientos sin producir agrietamiento por enfriamiento.

Como se describe hasta ahora, la presente invención es un método para enfriar una tubería de acero mediante enfriamiento con agua de la tubería de acero desde la superficie exterior, en la cual porciones extremas de tubería no son sometidas a enfriamiento con agua, y por lo menos parte de un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería es sometido a enfriamiento con agua. Cabe notar que las "porciones extremas de tubería" se.^refieren a ambas porciones extremas de una tubería de acero.

La razón por la cual la presente invención se establece como premisa sobre que la tubería de acero es enfriada por enfriamiento con agua desde la superficie exterior de la misma es aquella comparada con el enfriamiento de superficie exterior como se describe en la literatura de patente 1 ó 2 antes mencionadas, el enfriamiento de superficie externo no implica dificultades técnicas, y en el caso en donde una tubería de acero inoxidable a base de Cr es un objeto de procesamiento, es posible realizar enfriamiento mediante enfriamiento con agua desde la superficie exterior sin causar agrietamiento por enfriamiento, la productividad puede ser mejorada significativamente.

La figura 1 es un diagrama que explica un método para enfriar una tubería de acero de la presente invención, en la cual (a) es un diagrama que muestra un método de enfriamiento en el tiempo de un tratamiento de enfriamiento, y (b) es un diagrama explicativo de una microestructura después del tratamiento de enfriamiento (en donde el caso de un acero de aleación baja es ilustrado) . Cabe notar que la región enfriada con agua de la figura 1(a) corresponde a la porción denotada por el carácter de referencia (1) de la figura 1(b), y las regiones enfriadas con aire de la figura 1 (b) corresponden a las porciones denotadas por los caracteres de referencia (2) y (3) de la figura 1(b).

En la siguiente descripción, a menos que se establezca otra cosa, los casos de acero de aleación baja y acero de aleación media para los cuales una cierta velocidad de enfriamiento o más es necesaria para martensitización se mostrará, con respecto a la microestructura de metal que ha de ser formada.

En la presente invención, como se muestra en la figura 1(a), cuando la tubería de acero 1 es sometida a enfriamiento con agua desde la superficie exterior que ha de ser enfriada, las porciones extremas de tubería no son sometidas a enfriamiento con agua, y por lo menos un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería de acero (de aquí en adelante también referido como "cuerpo principal") es sometido a enfriamiento con agua. Aunque la superficie entera del cuerpo principal es sometida a enfriamiento con agua en el ejemplo mostrado en la figura 1(a), una región (es) que no es sometida a enfriamiento con agua puede estar presente en el cuerpo principal como se muestra en la figura 2(a) . Esto es por que, dado que la región sin enfriamiento con agua en el cuerpo principal es adyacente a la región enfriada con agua, la región sin enfriamiento con agua es enfriada por transferencia de calor de conducción, y sufre transformación martensítica . Las porciones extremas de tubería que no so.n sometidas a enfriamiento con agua son sometidas a enfriamiento con aire, por ejemplo, como se muestra en la figura 1(a) . Cabe notar que "enfriamiento con aire" incluye cualquier enfriamiento en aire y enfriamiento con aire forzado.

Al adoptar dicho método de enfriamiento, una microestructura de acero como se muestra en la figura 1(b) se obtiene después del tratamiento de enfriamiento. Es decir, puesto que el cuerpo principal (1) del tubo de acero 1 es sometido a enfriamiento con agua a una velocidad de enfriamiento que permite la formación de martensita, que es necesario para obtener propiedades mecánicas requeridas y resistencia a la corrosión, la microestructura de acero es una es.tructura principalmente compuesta de martensita. Puesto que una región extrema (3) , que está localizada cerca del extremo de tubería, fuera de las regiones extremas de tubería (2) y (3) en la porción extrema de la tubería de acero 1 o es sometida a enfriamiento con agua y su velocidad de enfriamiento es baja, una microestructura principalmente compuesta de bainita se forma de modo que la generación de fisura y extensión de fisura en la porción extrema de tubería son suprimidas.

A diferencia de esto, puesto que una región extrema de tubería (2) , que está ubicada en el lado del cuerpo principal, fuera de las regiones extremas de tubería (2) y (3) en la porción e,xtrema es adyacente al cuerpo principal (1) que es sometido a enfriamiento con agua, la región extrema de tubería (2) es enfriada por transferencia de calor de conducción, sufriendo así transformación martensítica . Sin embargo, puesto que el calor fluye principalmente en una dirección axial en vez de hacerlo en una dirección circunferencial, en la región extrema de tubería (2), la distribución de temperatura en la dirección del espesor de pared es pequeña en comparación con el cuerpo principal (1), y el esfuerzo circunferencial es bajo. Como resultado de eso, la región extrema de tubería (2) en la porción extrema de tubería es probable que no produzca generación de fisura y extensión aun cuando ocurra transformación martensitica . Cabe notar que, dado que el perfil/forma de la porción extrema de tubería como es laminada no es exactamente cilindrica, y usualmente es deseable cortar las porciones extremas de tubería por una longitud de aproximadamente 150 a 400 mm en una etapa de procesamiento subsiguiente. Por lo tanto, dichas porciones extremas de tubería que están compuestas principalmente de bainita y tienen una relación de martensita más baja pueden ser cortadas y removidas en un proceso después del proceso de enfriamiento.

El método para enfriar una tubería de acero de la presente invención es un método de formación de estructura de martensita de acero por enfriamiento, en el cual la relación de martensita producida no es específicamente limitada. Sin embargo, en acero de aleación baja y acero de aleación media, generalmente si no es que menos de 80% de la estructura es martensita, se puede obtener una resistencia deseada. Cuando un producto que ha de ser enfriado es una tubería de acero inoxidable a base de Cr, aunque la martensita se forma aun cuando la velocidad de enfriamiento es moderadamente pequeña, el método de enfriamiento de la presente invención asegura resistencia a la corrosión deseada. En cualquier caso, la presente invención pretende obtener una tubería de acero que tenga una relación de martensita no menor que 80%.

La presente invención puede adoptar una modalidad en la cual una región (es) que no es sometida a enfriamiento con agua directo sobre la circunferencia entera de la misma se provee a lo largo de una dirección axial por lo menos en parte de una porción (cuerpo principal de la tubería) distinta de las porciones extremas de tubería.

La figura 2 es un diagrama que explica la presente modalidad en la cual (a) es un diagrama que muestra un método de enfriamiento en el tiempo de un tratamiento de enfriamiento, y (b) es un' diagrama explicativo de una microestructura después de tratamiento de enfriamiento (en donde el caso de un acero de aleación baja es ilustrado) . Como se muestra en la figura 2(a), está configurado de tal manera que la superficie entera del cuerpo principal (1) de la tubería de acero 1 no es sometida a enfriamiento con agua uniforme, y una región (es) enfriada con agua y una región (es) no enfriada con agua (región (es) enfriada con aire) es provista apropiadamente a lo largo de la dirección longitudinal de la tubería de acero 1. En esta región (es) enfriada con aire, la tubería de acero no es sometida a enfriamiento con agua directo sobre toda la circunferencia de la misma. Cabe notar que la región (es) enfriada con agua de la figura 2(a) corresponde a la región (es) denotada por el carácter de referencia (4) de la figura 2(b).

Esta modalidad es particularmente efectiva cuando, por ejemplo, el espesor de pared de la tubería de acero es delgado. Cuando el espesor de pared de la tubería de acero es delgado, como se muestra en la figura 1, si la superficie entera del cuerpo principal (1) es sometida a enfriamiento con agua uniforme, el agrietamiento por enfriamiento puede ocurrir como resultado de que la resistencia de las porciones extremas de tubería (2) y (3) no es suficiente para resistir el esfuerzo circunferencial generado en el cuerpo principal (1).

En tal caso, adoptando el método de enfriamiento mostrado en la figura 2 (a) se puede realizar un proceso de enfriamiento que puede ser efectivo para prevenir agrietamiento por enfriamiento mientras se asegura la relación de martensita en el cuerpo principal. Como se muestra en la figura 2(b), puesto que el esfuerzo residual se vuelve remarcablemente pequeño en la región enfriada con aire (4) provista en el cuerpo principal, es posible suprimir la propagación de grietas, y también puesto gue ambos lados adyacentes a la región enfriada con aire (4) son sometidos a enfriamiento con agua, la conducción térmica a la región enfriada con agua (1) ocurre a una velocidad suficiente, y es posible lograr una relación de martensita necesaria incluso en la región enfriada con aire (4) .

La figura 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de configuración fuera de línea de una parte principal de un aparato que puede realizar un método para enfriar una tubería de acero de la presente invención. En la figura 3, la tubería de acero 1 que es transportada desde un horno de calentamiento 2, es transportada a un aparato de enfriamiento 3, y mientras es sostenida y girada por rodillos 4, la superficie exterior de la tubería de acero es enfriada mediante aspersión de agua inyectada desde las boquillas 5 fijadas al interior del aparato 3. Cabe notar que en un lado del aparato de enfriamiento 3, una boquilla de chorro de aire 6 para enfriar con aire forzadamente la superficie interior de la tubería de acero 1 está dispuesta, según sea necesario.

En la presente invención, es posible adoptar una modalidad en la cual para aplicar enfriamiento con agua sobre la superficie exterior de la tubería de acero, el inicio y detención del enfriamiento con agua se repiten intermitentemente durante por lo menos parte del proceso de enfriamiento. Al adoptar un esquema de enfriamiento con agua intermitente, el tiempo de enfriamiento con agua total incrementa en comparación con el enfriamiento con agua continuo, y por lo tanto la diferencia entre la temperatura interna y la temperatura de ' superficie disminuye, dando por resultado una disminución en el esfuerzo residual.

En la presente modalidad, es posible realizar consistentemente el enfriamiento con agua intermitente desde la etapa inicial de un tratamiento de enfriamiento en el cual la temperatura de la tubería de acero no es menor que el punto Ar3 hasta que la temperatura de las superficies interna y externa de la tubería de acero se vuelven no más que el punto s, preferiblemente, no más que el punto Mf, y también para usarlo como parte del proceso de enfriamiento.

La presente invención puede adoptar una modalidad en la cual a fin de aplicar enfriamiento con agua sobre la superficie exterior de la tubería de acero, un enfriamiento con agua intensificado se realiza en un intervalo de temperatura en el cual la temperatura de la superficie exterior de la tubería de ace.ro es mayor que el punto Ms, cambiando posteriormente a un enfriamiento con agua moderado o enfriamiento con aire (incluyendo enfriamiento con aire forzado) , y después de que la diferencia de temperatura entre aquellas de la superficie exterior de la tubería de acero y la superficie interior de la tubería de acero es incrementada, la superficie exterior es enfriada forzadamente a no más que el punto Ms.

En el método de enfriamiento descrito anteriormente en el cual el enfriamiento con agua intensificado es cambiado al enfriamiento con agua moderado o enfriamiento con aire, es deseable que el enfriamiento con agua intensificado se realice a una temperatura cercana pero más alta que el punto Ms, posteriormente cambiado al enfriamiento con agua moderado o enfriamiento con aire; la recuperación de calor se hace que ocurra en el lado de superficie exterior de la tubería de acero a través de conducción térmica desde el lado de superficie interior para disminuir la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior de la tubería de acero tanto como sea posible; y posteriormente el enfriamiento a no más que el punto Ms, preferiblemente a no más que el punto Mf es realizado por enfriamiento con aire forzado, etc.

Esta modalidad es particularmente efectiva, por ejemplo, cuando el espesor de pared de la tubería de acero es pesado.- Cuando el espesor de pared de la tubería de acero es pesado, la irregularidad de temperatura en la dirección del espesor de pared puede incrementar durante el enfriamiento con agua desde la superficie exterior, y puede ocurrir fractura frágil que es un punto de inicio de una grieta en la superficie exterior causada por un esfuerzo a la tensión grande debido a expansión asociada con transformación .martensítica en la superficie exterior. Para suprimir esto, la modalidad es efectiva en la cual el inicio de la transformación martensítica en la superficie exterior es retardada para reducir la diferencia entre el tiempo de inicio de transformación martensítica en la superficie interior y aquella en la superficie exterior.

Por la modalidad, es posible mitigar el gradiente de temperatura en la dirección del espesor de pared, reduciendo así el esfuerzo a la tensión que ocurre en una dirección circunferencial. Particularmente, es. deseable que la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior sea mitigada antes de que la temperatura de la superficie exterior enfriada pase el punto s . En la práctica, es deseable monitorear la temperatura de la porción enfriada con agua de la superficie exterior de la tubería de acero, y detener el enfriamiento con agua antes de que la temperatura pase el punto Ms .

En cuanto a la velocidad de enfriamiento de un enfriamiento con agua intensificado, aunque depende de los tipos de acero, es deseable determinar una velocidad de enfriamiento apropiada basada en el diagrama de CCT del acero objetivo, ya que en el caso de un acero de aleación baja, cuando la velocidad de enfriamiento en la etapa de enfriamiento inicial es demasiado lenta, ocurre transformación de bainita y se vuelve imposible asegurar una relación de martensita suficiente.

Cabe notar que en la modalidad de la presente invención, que incluye un proceso de enfriamiento en el cual un enfriamiento con agua intensificado se realiza hasta una temperatura cercana pero mayor que el punto. Ms, cambiando posteriormente a un enfriamiento moderado o enfriamiento con aire, y la recuperación de calor se hace qu ocurra en el lado de superficie exterior de la tubería de acero a través de conducción térmica desde el lado de superficie interior para disminuir la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior de la tubería de acero tanto como sea posible, también es posible lograr efectos similares usando, en lugar de este proceso de enfriamiento, el enfriamiento intermitente descrito anteriormente.

Es decir, en la presente invención, el enfriamiento con agua intermitente (operación para repetir intermitentemente el inicio y detención de enfriamiento con agua) de conformidad con la presente invención (3) también puede ser suspendido a una temperatura cercana pero más alta que el punto s, y posteriormente un enfriamiento intensificado tal como enfriamiento con aire forzado se puede realizar. Sin embargo, esta modalidad pertenece a la categoría de la presente invención (3) .

En el método para enfriar una tubería de acero de la presente invención descrita hasta ahora, como el esquema de enfriamiento con agua, esquemas convencionalmente usados tales como enfriamiento laminar, enfriamiento de chorro, enfriamiento de niebla y similares se pueden adoptar de manera apropiada. Además de eso, es deseable hacer una desviación de temperatura en la dirección del espesor de pared más pequeña al incrementar/disminuir la cantidad de agua durante el enfriamiento con agua, o repetir intermitentemente el inicio y detención de enfriamiento con agua, reduciendo así el esfuerzo circunferencial de la tubería de acero. Es deseable que el interior de la tubería de acero sea enfriado de manera natural en el enfriamiento con aire o aire forzado en lugar del enfriamiento con agua. Más aún, es deseable mantener la rotación de la tubería de acero durante el enfriamiento con agua ya que de esta manera la distribución de temperatura en la dirección circunferencia se puede hacer de manera uniforme.

El producto que ha de ser procesado por la presente invención es una . tubería de acero que es probable que produzca agrietamiento por enfriamiento en el tiempo de tratamiento de enfriamiento. En particular, el efecto de la presente invención es remarcablemente exhibido cuando el producto que ha de ser procesado por la presente invención es (A) una tubería de acero que contiene 0.20 a 1.20% de C, y entre otros, una tubería de acero del acero de aleación baja o acero de aleación media, o (B) una tubería de acero inoxidable a base de Cr que contiene 0.10 a 0.30% de C y 11 a 18% de Cr, y entre otros una tubería de acero inoxidable de 13 Cr.

La tubería de acero del (A) descrito anteriormente que contienen 0.20 a 1.20% de C es una tubería de acero hecha dé un material en la cual C está contenida en este intervalo, y generalmente es una tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media. Cuando el contenido de C es menor que 0.20%, el agrietamiento por enfriamiento difícilmente se vuelve un problema ya que la expansión de volumen debido a martensitización es relativamente pequeña.

Por otra parte, cuando C es más de 1.20%, el punto Ms se vuelve más bajo y la austenita retenida es probable que ocurra por lo que la obtención de una microestructura que tiene un porcentaje de martensita no menor que 80% se vuelve difícil. Por lo tanto, un contenido de C de 0.20 a 1.20% es deseable por lo que la presente invención exhibe sus efectos. El contenido de C es de manera más deseable 0.25 a 1.00% y además de manera más deseable 0.3 a 0.65%.

En una tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media que contiene 0.20 a 1.20% de C como se muestra en la figura 1 descrita anteriormente, es posible hacer que la vecindad de un extremo de tubería tenga una microestructura principalmente compuesta de bainita sin agrietamiento por enfriamiento, al aplicar enfriamiento con agua sobre el cuerpo principal entero distinto a las porciones extremas de tubería de acero y al evitar el enfriamiento con agua para las porciones extremas de tubería.

Ejemplos de acero de aleación baja o acero de aleación media incluyen, por ejemplo, un acero inoxidable de C: 0.20 a 1.20%, Si: 2.0% o menor, Mn: 0.01 a 2.0% y uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste de Cr: 7.0% o menor, Mo: 2.0% o menor, Ni: 2.0% o menor, Al: 0.001 a 0.1%, N: 0.1% o menor, Nb: 0.5% o menor, Ti: 0.5% o menor, V: 0.8% o menor, Cu: 2.0% o menor, Zr: 0.5% o menor, Ca: 0.01% o menor, Mg: 0.01% o menor, B: 0.01% o menor, el resto siendo Fe e impurezas, las impurezas siendo P: 0.04% o menor y S: 0.02% o menor. Cabe notar que cuando el contenido de Cr es más de 7.0%, la martensita es probable que se forme incluso en las porciones extremas de tubería que no son sometidas a enfriamiento con agua y por lo tanto el contenido de Cr es deseablemente no mayor que 7.0%.

Enseguida, la tubería de acero inoxidable a base de Cr del (B) descrito anteriormente que contiene 0.10 a 0.30% de C y 11 a 18% de Cr es una tubería de acero (tubería de acero inoxidable martensítica) hecha de acero a base de Cr en la cual C y Cr están contenidas en este intervalo. Cuando el contenido de C .es menor que 0.10%, no es posible lograr suficiente resistencia aun cuando se realice el enfriamiento, y por otra parte, cuando C es más de 0.30%, es inevitable que la austenita sea retenida, y se vuelve difícil asegurar una relación de martensita de no menos de 80%. Por lo tanto, el contenido de C de 0.10 a 0.30% es deseable por lo que la presente invención exhibe sus efectos.

La razón por la cual el contenido de Cr es 11 a 18%, es que a fin de mejorar la resistencia a la corrosión, Cr de 11% o más es deseable, y por otra parte, cuando Cr es más de 18%, d-ferrita es probable que sea generada, reduciendo así la capacidad de trabajo en caliente. De manera más deseable, Cr es 10.5 a 16.5%.

Ejemplos de acero inoxidable a base de Cr que contienen 0.10 a 0.30% de G y 11 a 18% de Cr incluyen, por ejemplo, un acero inoxidable que consiste de C: 0.10 a 0.30%, Si: 1.0% o menor, Mn: 0.01 a 1.0%, Cr: 11 a 18% (muy deseablemente, 10.5 a 16.5%), y. uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste de Mo: 2.0% o menor, Ni: 1.0% o menor, Al: 0.001 a 0.1%, N: 0.1% o menor, Nb: 0.5% o menor, Ti: 0.5% o menor, V: 0.8% o menor, Cu: 2.0% o menor, Zr: 0.5% o menor, Ca: 0.01% o menor, g: 0.01% o menor, B: 0.01% o menor, el resto siendo Fe e impurezas, las impurezas siendo P: 0.04% o menor y S: 0.02% o menor. Entre otras, las tuberías de acero inoxidable de 13 Cr son convencionalmente usadas en muchas áreas industriales y son adecuadas como el objeto que ha de ser procesado por la presente invención.

El método de enfriamiento de la presente invención es aplicable, como un asunto de curso, al denominado enfriamiento acompañado por recalentamiento, que es realizado al recalentar una tubería de acero desde temperatura ambiente, así como al llamado enfriamiento directo en el cual una tubería de acero inmediatamente después del laminado en caliente es enfriada desde un estado en donde la temperatura de la tubería de acero no es menor que el punto Ar3 durante la producción de una tubería de acero sin costura, y además a un método de enfriamiento para el llamado tratamiento con calor en linea (enfriamiento en linea) en el cual la tubería de acero es remojada (complementariamente calentada) a una temperatura no menor que el punto A3 en una etapa en la cual el calor retenido por la tubería de acero no ' es significativamente disminuido después del laminado en caliente, y es posteriormente enfriada. Puesto que de conformidad con el método de enfriamiento de la presente invención, el agrietamiento por enfriamiento puede ser prevenido de manera efectiva, es posible producir establemente una tubería de acero de alta resistencia que tenga una microestructura con una relación de martensita alta.

Ej emplos Un material de prueba tubular se cortó de una tubería de acero inoxidable de un material mostrado en la tabla 1, y se enfrió bajo varias condiciones de enfriamiento para observar la presencia o ausencia de agrietamiento -por enfriamiento, y microestructura de acero. En la tabla 1, el tipo de acero A es un acero de aleación baja y el tipo de acero B es un acero de Cr alto (acero inoxidable martensítico) .

Tabla 1 Composición química de espécimen (unidad %, el resto siendo 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 La configuración del material de prueba fue una tubería recta que tenía un diámetro exterior de 114 mm, un espesor de pared de 15 mm y una longitud de 300 mm. Este material de prueba se calentó a una temperatura de aproximadamente 50 °C mayor que el punto A.c3 por medio de un horno de calentamiento eléctrico, mantenido durante aproximadamente 15 minutos, y posteriormente llevado del horno para ser transportado a un aparato de enfriamiento dentro de 30 segundos para iniciar enfriamiento con agua.

La figura 4 es un diagrama que muestra una configuración fuera de línea del aparato de enfriamiento usado para la prueba. Este aparato de enfriamiento está configurado, como se muestra mediante la flecha en la figura, para poder seleccionar un método deseado entre un método de enfriamiento de una tubería de acero 1 por aspersión con agua inyectada desde las boquillas 5 y un método de enfriamiento de la tubería de acero 1 por inmersión de la misma en un tanque con agua 8 llenado con agua 7 (mostrado por líneas discontinuas en la misma figura). En el enfriamiento mediante aspersión con agua, la cantidad de agua de aspersión que ha de ser inyectada se puede variar mediante una válvula reguladora de flujo (no mostrada) . La tubería de acero 1 fue mantenida por rodillos inferiores 4b y rodillos superiores 4a. Una tapa para evitar intrusión de agua se fijó a cada extremo de la tubería de acero 1 y sólo la superficie exterior se enfrió. Durante el enfriamiento, la tubería de acero 1 fue girada a 60 rpm mediante los rodillos inferiores 4b.

La tabla 2 muestra condiciones de enfriamiento con agua. En la tabla 2 en una condición de enfriamiento con agua A, la temperatura de superficie interior de un cuerpo principal de la tubería de acero se midió mediante un termopar adherido mediante soldadura a la pared interior de la tubería de acero. Más aún, en condiciones de enfriamiento con agua B a E, la temperatura de la superficie exterior del cuerpo principal de la tubería de acero, o el cuerpo principal de la tubería de acero y tanto la porción extrema izquierda como la derecha de la tubería de acero se midieron mediante un termo-rastreador.

Tabla 2 La tabla 3 muestra los resultados de observación la presencia o ausencia de agrietamiento por enfriamiento microestructura de acero.

Tabla 3 Nota) Para número 3 a 5 del tipo de acero A, los extremos de tubería tuvieron principalmente estructura de bainita .

La figura 5 es un diagrama que muestra los resultados de medición de la temperatura de superficie interior de un cuerpo principal de una tubería de acero del tipo de acero A (acero de aleación baja) cuando la longitud total de la tubería de acero fue enfriada bajo la condición de enfriamiento con agua A (enfriamiento con agua de inmersión) de la prueba número 1 de la tabla 2. Bajo esta condición de enfriamiento con agua, la temperatura de superficie interior de la tubería de acero declinó rápidamente. En este caso, aunque la estructura de martensita no menor que 90% . en relación de volumen se obtuvo como se muestra en la tabla 3, ocurrió agrietamiento por enfriamiento.

La figura 6 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal de una tubería de acero del tipo de acero A cuando la longitud total o parte de la tubería de acero fue enfriada bajo la condición de enfriamiento con agua C (enf iamiento con agua por aspersión intermitente) de las pruebas número 2 y 4 de la tabla 2. Se ve que bajo esta condición de enfriamiento con agua, la temperatura de superficie exterior aumentó debido a recuperación con calor por conducción térmica desde la superficie interior siempre que el enfriamiento con agua era detenido. En este caso también, la estructura de martensita no fue menos de 90% en relación de volumen. Aunque el .agrietamiento por enfriamiento ocurrió en número 2 en el cual la longitud total de la tubería de acero fue enfriada, no ocurrió agrietamiento por enfriamiento en número 4 en la cual los extremos de la tubería no fueron sometidos a enfriamiento con agua (véase tabla 3) .

La figura 7 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal y tanto porciones extremas izquierda como derecha de una tubería de acero del tipo de acero A cuando sólo el cuerpo principal de la tubería de acero fue enfriado bajo la condición de enfriamiento con agua B (enfriamiento con agua por aspersión) de la prueba número 3 de la tabla 2. Bajo esta condición de enfriamiento con agua, la temperatura de superficie exterior generalmente disminuyó monótonamente tanto en el cuerpo principal como en las porciones extremas. En este caso, como se muestra en la tabla 3, la estructura de martensita no fue menor que 90% en relación de volumen, y no se reconoció agrietamiento por enfriamiento. La razón de esto se considera que es por que las porciones extremas de tubería no fueron sometidas a enfriamiento con agua por lo que la desviación de temperatura en la dirección de espesor de pared fue pequeña y el esfuerzo circunferencial fue pequeño en las porciones extremas de tubería en comparación con el cuerpo principal, una fisura que actúa como un punto de inicio de agrietamiento por enfriamiento no ocurrió, aun cuando ocurrió transformación martensitica.

La figura 8 es un diagrama que muestra resultados de medición de la temperatura de superficie exterior de un cuerpo principal y tanto las porciones extremas izquierda y derecha de una tubería de acero del tipo de acero A cuando sólo el cuerpo principal de la tubería de acero fue enfriado bajo la condición de enfriamiento con agua E (cambiado de enfriamiento con agua intensificado a enfriamiento con agua moderado durante el enfriamiento con agua por aspersión, y posteriormente se realizó enfriamiento por aire forzado) de la prueba número 5 de la tabla 2. Bajo está condición de enfriamiento, como se muestra en la tabla 3, la estructura de martensita de no menos de 80% en relación de volumen se obtuvo, y además no se discernió abiertamente por enfriamiento .

La razón de esto se considera que es que en el cuerpo principal de la tubería de acero, la martensitización progresó en un estado en el cual la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior fue mitigada como resultado de enfriamiento con agua intensificado seguido por enfriamiento con agua moderado que se realizó en un intervalo de temperatura más alto que el punto s, y en las porciones extremas de tubería, bainita se formó porque el enfriamiento con agua no se realizó, por lo que la aparición de una fisura que actúa cjomo un punto de inicio de agrietamiento por enfriamiento fue suprimido. Aunque la formación de bainita en las porciones extremas de tubería fueron reconocibles debido a una temperatura temporal aumentaron posiblemente debido a transformación bainítica a aproximadamente 400°C mostrado en la figura 8, una prueba de dureza de Rockwell (medición de dureza HRC) después de enfriamiento y observación microscópica también confirmaron que las porciones extremas de tubería tuvieron una microestructura principalmente compuesta de bainita.

Cabe notar que de la figura 8, en el patrón de enfriamiento del cuerpo principal de la tubería de acero, la generación de calor que fue reconocida en los extremos de tubería y fue posiblemente causada por transformación bainítica en el proceso de enfriamiento con aire, no se observó .

Aunque se ha provisto una descripción hasta ahora referente a un caso en el cual la tubería de acero del tipo de acero ? fue enfriada, en el caso' en el cual una tubería de acero del tipo de acero B (acero con Cr alto) fue enfriada, la microestructura estaba compuesta de martensita de no menos de 90% en relación de volumen bajo cualquiera de las condiciones de enfriamiento con agua de las pruebas números 1 a 5 como se muestra en la tabla 3. Sin embargo, en las pruebas números 1 y 2 en las cuales la tubería de acero entera fue sometida a enfriamiento con agua, el agrietamiento por enfriamiento ocurrió ya que ocurrió martensit ización rápida incluso en las porciones extremas de tubería.

Cabe notar que puesto que el tipo de acero B fue un material capaz de martensitización incluso por enfriamiento lento, la generación de calor a aproximadamente 400°C (véase figura 8) en las porciones extremas de tubería no fue reconocida aun cuando el método de enfriamiento de la prueba número 5 se aplicó. Con respecto al agrietamiento por enfriamiento, en el caso del tipo de acero B también, aunque el agrietamiento por enfriamiento ocurrió en el método de enfriamiento de las pruebas números 1 y 2, no se discernió agrietamiento por enfriamiento en las pruebas números 3 a 5 de conformidad con la presente invención.

A partir de los resultados de prueba descritos hasta ahora, se puede confirmar que una microestructura principalmente compuesta de martensita se puede obtener sin que aparezca agrietamiento por enfriamiento al aplicar el método para enfriar una tubería de acero de la presente invención.

Aplicabilídad industrial Puesto que el método para enfriar una tubería de acero de la presente invención no causará agrietamiento por enfriamiento aun cuando se aplique a una tubería de acero hecha de un tipo de acero con carbono medio o alto (una tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media) o una tubería de acero inoxidable a base de Cr, que es probable que cause agrietamiento por enfriamiento, se puede utilizar adecuadamente para el tratamiento de enfriamiento para esas tuberías de acero.

Lista de signos de referencia 1: tubería de acero, 2: horno de calentamiento, 3: aparato de enfriamiento, 4: rodillo. 4a: rodillo superior, 4b: rodillo inferior, 5: boquilla, 6: tubería de suministro de aire, 7: agua, 8: tanque de agua, 9: boquilla de aire con "agua, 10a: superficie exterior, 10b: superficie interior.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un método para enfriar una tubería de acero mediante enfriamiento con agua desde una superficie exterior de la misma, caracterizada porque las' porciones extremas de tubería no son sometidas a enfriamiento con agua, y por lo menos parte de un cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería es sometida a enfriamiento con agua.

2. El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una región (es) que no es sometida a enfriamiento con agua directo sobre una superficie entera de la misma se provee a lo largo de una dirección axial por lo menos en parte del cuerpo principal distinto a las porciones extremas de tubería.

3. El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el inicio y detención del enfriamiento con agua son repetidos intermitentemente por lo menos en' parte de un proceso de enfriamiento.

4. El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque a fin de aplicar enfriamiento con agua sobre una superficie exterior de la tubería de acero, un enfriamiento con agua intensificado se realiza en un intervalo de temperatura en el cual la temperatura de la superficie exterior de la tubería de acero es más alta que el punto Ms, posteriormente cambiado a enfriamiento con agua moderado o enfriamiento con aire, y la superficie exterior es enfriada forzadamente hasta el punto Ms o más bajo.

5. El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la tubería de acero contiene 0.2 a 1.2% de C en % en masa.

6. El método para enfriar una tubería de acero de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la tubería de acero es una tubería de acero inoxidable a base de Cr que contiene, en % en masa, 0.10 a 0.30% de C y 11 a 18% de Cr. /. 53 RESUMEN DE LA INVENCIÓN El método de enfriamiento enfria con agua y enfria una tubería de acero (1) desde la superficie exterior y enfría con agua por lo menos una parte distinta a las partes extremas de esa tubería sin enfriar las partes extremas de la tubería. El uso de una modalidad que provee una parte no es directamente enfriada con agua alrededor del perímetro entero en por lo menos una parte de la dirección axial de una parte distinta a la parte extrema' de la tubería, o una modalidad que repetidamente implementa enfriamiento con agua y detiene un enfriamiento con agua intermitentemente en por lo menos una parte del proceso de enfriamiento y además, una modalidad en la cual, en el enfriamiento con agua de la superficie exterior de la tubería de acero, el enfriamiento con agua fuerte se lleva a cabo con la temperatura de la superficie exterior de la tubería de acero en un intervalo de temperatura mayor que el punto s . Posteriormente, es preferible que el enfriamiento forzado de la superficie exterior se lleve a cabo cambiando a enfriamiento con agua débil o enfriamiento con aire y el enfriamiento se lleve a cabo por abajo del punto Ms . De conformidad con este método de enfriamiento, el uso preferible es para procesos de enfriamiento para tubería de acero con contenido de carbono medio y alto (tubería de acero de acero de aleación baja o acero de aleación media) o tubería de acero inoxidable martensítico .