TUBO DE ACERO SIN COSTURA PARA POZOS PETROLEROS EXCELENTE EN RESISTENCIA AL AGRIETAMIENTO POR ESFUERZO DE SULFURO Y MÉTODO PARA PRODUCIRLOS Campo Técnico La presente invención se relaciona con un tubo de acero sin costura de alta resistencia que tiene una excelente resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro y un método para producirlos . Más específicamente, la presente invención se relaciona con un tubo de acero sin costura para pozos petroleros que tienen una alta relación de producción y también una resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro, que se produce a través de un método de enfriado rápido y templado para un acero basado en un componente específico. ANTECEDENTES DE LA TECNOLOGÍA wUn pozo petrolero" en la presente especificación incluye "un pozo de gas" y de esta forma, el significado para "pozos petroleros" es "para pozos de petróleo y/o gas" . Un tubo de acero sin costura, que es más confiable que un tubo soldado, frecuentemente se utiliza en un ambiente severo de pozo petrolero o un ambiente de alta temperatura, y el mejoramiento de resistencia, mejoramiento en dureza y mejoramiento en
resistencia acida, por lo tanto son requeridos constantemente. En particular, en pozos petroleros a ser desarrollados en el futuro, el mejoramiento en la resistencia del tubo de acero es necesaria más que nunca antes debido a un pozo de gran profundidad se convertirá en el caudal principal y un tubo de acero sin costura para pozos petroleros que también tengan resistencia al agrietamiento por corrosión de esfuerzo se requiere cada vez más debido a que el tubo se utiliza en un ambiente corrosivo severo. La dureza, concretamente la densidad de dislocación del producto de acero se eleva al tiempo que la resistencia se mejora, y la cantidad de hidrógeno que penetrará en el producto de acero se incrementa para hacer que el producto de acero sea frágil a la resistencia debido a la alta densidad de dislocación. Correspondientemente, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro generalmente se deteriora contra la mejora en la resistencia del producto de acero utilizado en un ambiente rico de sulfuro de hidrógeno. Particularmente, cuando un elemento que tiene la resistencia de producción deseada se produce a través del uso de un producto de acero con una relación baja de "resistencia de producción/ resistencia a la tensión" (en adelante referidas como
relación de producción) , la resistencia a la tensión y la dureza son aptas para incrementarse y la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora considerablemente. Por lo tanto, cuando se eleva la resistencia del producto de acero, es importante incrementar la relación de producción para mantener la dureza baja. Aunque es preferible fabricar un producto de acero en una microestructura martensítica templada uniforme para incrementar la relación de producción del acero, por sí misma es insuficiente. Como un método para mejorar adicionalmente la relación de producción en una microestructura martensítica templada, se da una refinación de granos austeníticos previa. Sin embargo, la refinación de granos austeníticos necesita enfriado rápido de un tratamiento de calor fuera de línea, que deteriora la eficiencia de producción e incrementa la energía utilizada. Por lo tanto, este método es desventajoso en los días donde la racionalización de costos, mejora en eficiencia de producción y ahorro de energía son indispensables para los fabricantes. Se describe en los Documentos 1 y 2 de Patente que la precipitación de un M23CS del tipo de carburo en el límite de grano se inhibe para mejorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro.
Una mejoría en la resistencia al agrietamiento por esfuerzo del sulfuro a través del refinamiento de granos también se revela en el Documento 3 de Patente. Sin embargo, estas medidas tienen las dificultades descritas anteriormente. Documento 1 de Patente: Publicación de Patente Dejada Abierta Japonesa No. 2001-73086; Documento 2 de Patente: Publicación de Patente Dejada Abierta Japonesa No. 2000-17389; Documento 3 de Patente: Publicación de Patente
Dejada Abierta Japonesa No. 9-111343. REVELACIÓN DE LA INVENCIÓN PROBLEMAS A SOLUCIONAR A TRAVÉS DE LA INVENCIÓN Desde el punto de vista de la situación presente antes mencionada, la presente invención tiene un objetivo de proveer un tubo de acero sin costura de alta resistencia para pozos petroleros que tienen una relación de producción alta y una excelente resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro, que puede producirse a través de elementos eficientes con capacidad de realizar un ahorro de energía. ELEMENTOS PARA SOLUCIONAR LOS PROBLEMAS La esencia de la presente invención es un tubo de acero sin costura para pozos petroleros descritos a continuación (1) , y un método para producir un tubo de
acero sin costura para pozos petroleros descritos a continuación (2) . El porcentaje para un contenido de componente significa el % sobre la base de la masa en las siguientes descripciones. (1) Un tubo de acero sin costura para pozos petroleros que comprenden C: 0.1 a 0.20%, Si: 0.05 a 1.0%, Mn: 0.05 a 1.0%, Cr: 0.05 a 1.5%, Mo: 0.05 a 1.0%, Al: 0.1% o menos, Ti: 0.002 a 0.05%, B: 0.0003 a 0.005%, además, uno o más elementos seleccionados de uno o ambos del siguiente primer grupo y segundo grupo como lo exija la ocasión, con un valor de A determinado por la siguiente ecuación (1) de 0.43 o más, con un balance que es Fe e impurezas y en las impurezas P: 0.025% o menos, S: 0.010% o menos y N: 0.007% o menos. Primer Grupo : V: 0.03 a 0.2% y Nb : 0.002 a 0.04%, Segundo Grupo : Ca: 0.0003 a 0.005%, Mg : 0.0003 a 0.005% y REM: 0.0003 a 0.005%, Primer Grupo: V: 0.03 a 0.2% y N : 0.002 a 0.04%, Segundo Grupo Ca: 0.0003 a 0.005%, Mg : 0.0003 a 0.005% y REM: 0.0003 a 0.005% A = C + (Mn/6) + (Cr/5) + (Mo/3) ... (1),
donde, en la ecuación (1) , C, Mn, Cr y Mo cada uno representa % por masa de los elementos respectivos. (2) Un método para producir un tubo de acero sin costura para pozos petroleros, que comprenden los pasos de fabricar un tubo a través de perforación en caliente de un lingote de acero que tiene una composición química descrita en (1) anterior y un valor de A determinado por la ecuación anterior (1) de 0.43 o más seguido por el alargamiento y laminado, y finalmente laminado a una temperatura de laminado final ajustado de 800 a 1100 grados centígrados, calentado de manera asistente el tubo de acero resultante en un rango de temperatura del punto de transformación de Ar3 a 1000 grados centígrados en línea, y después enfriar rápidamente desde una temperatura de punto de transformación de Ar3 o superior seguido de templado a una temperatura inferior al punto de transformación de
Aca. Con el fin de mejorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro de un tubo de acero para pozos petroleros descritos en (1) , preferentemente la resistencia a la tensión no es más de 931 MPa (135 ksi) . Con el fin de obtener una microestructura más uniforme, en el método para producir un tubo de acero
sin costura para un pozo petrolero descrito en (2) , preferentemente la temperatura para el calor de manera asistente del tubo de acero en línea es entre el punto de transformación de Ac3 y 1000 grados centígrados. MEJOR MODO PARA LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN La presente invención se ha logrado sobre la base de los siguientes hallazgos. La relación de producción del producto de acero que tiene una microestructura enfriada rápidamente y templada está influenciada más significativamente por el contenido de C . La relación de producción por lo general se incrementa cuando el contenido de C se reduce. Sin embargo, aún si el contenido de C simplemente se reduce, una microestructura enfriada rápidamente uniforme no puede obtenerse ya que la dureza se deteriora, y la relación de producción no puede elevarse suficientemente. Por lo tanto, es importante para que la dureza deteriorada a través de la reducción del contenido de C se mejore añadiendo Mn, Cr y Mo . Cuando el valor de A de la ecuación (1) antes mencionada se establece a 0.43 o más, puede obtenerse una microestructura uniforme enfriada rápidamente en una instalación de enfriamiento rápido general del tubo de acero. Los presentes inventores confirmaron que
cuando el valor de A de la ecuación (1) es de 0.43 o más, la fuerza en una posición de 10 mm desde un extremo enfriado rápidamente (en adelante referido como "extremo Jominy" ) en una prueba de Jominy que excede la dureza correspondiente para una relación de martensita de 90% y puede asegurarse una dureza satisfactoria. El valor de A preferentemente se establece a 0.45 o más, y más preferentemente de 0.47 o más. Los presentes inventores examinaron adicionalmente la influencia de los elementos de aleación en la relación de producción y la resistencia al agrietamiento de resistencia de sulfuro de un producto de acero que tiene una microestructura enfriada rápidamente y templada. Los resultados del examen son los siguientes: Cada uno de los aceros que tienen los componentes químicos mostrados en la Tabla 1 se fundieron a través de utilizar un horno de fundición al vacío de 150 kg . El lingote de acero obtenido se forjó en caliente para formar un bloque de 50 mm de espesor, 80 mm de ancho y 160 mm de longitud. La pieza de prueba Jominy se llevó desde el lingote restante austenitizado a 1100 grados centígrados, y se someten a una prueba Jominy para examinar la dureza de cada uno de los aceros . El tamaño de grano de austenita
anterior de cada uno de los aceros A a G de la Tabla 1 fue de alrededor del No . 5 y grosor relativo. La duraza Rockwell C en posición de 10 mm desde el extremo Jominy en la prueba Jominy (JHRC_.0) de cada uno de los aceros A a G y la dureza Rockwell C prefijo el valor en la relación de 90% - martensita correspondiente al contenido C de cada uno de los aceros A a G se muestran en la Tabla 1. La posición de 10 mm desde el extremo Jominy en la prueba Jominy corresponde a una tasa de enfriamiento de 20 grados centígrados / segundo. El valor que se predijo de la dureza Rockwell C con una relación de 90% - martensita basado en el contenido de C se da por "50C% + 29" como se muestra en el siguiente Documento 1 que no es Patente . Documento 1 que no es Patente: "Relación entre la dureza y el porcentaje de martensita en ciertos aceros de baja aleación" por J.M. Hodge y M.A. Orehoski, Trans. AIME, 167, 1946, pags. 627 - 642. [Tabla 1]
Tabla 1
En los aceros A a E con valores A de 0.43 o más de la ecuación (1) , el JHRC10 excede la dureza Rockwell C correspondiente a la relación de 90% martensita y puede asegurarse una dureza satisfactoria. Por otro lado, el acero F con un valor A inferior a 0.43 de la ecuación (1) y el acero G que no contiene B (boro) son bajas en dureza ya que JHRC10 está debajo de la dureza Rockwell C correspondiente a la relación de 90% - martensita. Enseguida, cada uno de los bloques antes mencionados se sometieron a un tratamiento de calor de remojar a 1250 grados centígrados durante 2 horas, inmediatamente llevado a una máquina laminadora en caliente, y laminado en caliente con un espesor de 16 mm a una temperatura de laminado de acabado de 950 grados centígrados o superior. Cada material laminado en caliente se llevó a un horno de calentamiento antes de que la temperatura de la superficie fuera menor al punto de transformación de Ar3 , permitiéndole reposar ahí a 950 grados centígrados durante 10 minutos, y después se insertó y se enfrío rápidamente con agua en un tanque de agua con agitación. Cada una de las placas enfriadas rápidamente con agua se dividió a una longitud correcta, y se realizó un tratamiento de templado de remojo durante 30
minutos a diversas temperaturas para obtener placas enfriadas rápidamente y templadas. Se cortaron piezas de prueba de tensión de la barra redonda a la dirección longitudinal de las placas laminadas en caliente y tratadas con calor obtenidas de esta forma, y se realizó una prueba de tensión. La Figura 1 es una representación gráfica de la relación entre la resistencia de producción (YS) y la relación de producción (YR, la unidad se representa por %) de las placas que cambiaron en resistencia a través de cambiar variadamente la temperatura de templado de los aceros A a E. La unidad de YS se representan por ksi, donde 1 MPa = 0.145 ksi . Los datos concretos de la temperatura de templado y las propiedades de tensión se muestran en la Tabla 2. [Tabla 2]
Como es aparente en la Figura 1 y la Tabla 2, en lugar de tamaños de grano de austenita anteriores son alrededor del No. 5, que son relativamente gruesos, los aceros A a C con 0.20% o menos de C tienen relaciones de producción superiores que en los aceros D
a E con 0.25% o más de C por 2% o más. De esta forma, esto muestra claramente que un material con una relación de producción alta puede obtenerse sobre un amplio rango de resistencia a través de reducir el contenido de C en un acero enfriado rápidamente y templado mientras se asegura la dureza para fabricar el acero en una microestructura enfriada rápidamente uniforme. Es aparente que el efecto de elevar la relación de producción no puede obtenerse en los aceros F a G aún con 0.20% o menos de C pero con dureza insuficiente . La razón para especificar la composición química del acero de un tubo de acero sin costura para pozos petroleros en la presente invención se describirá en detalle a continuación. C: C es un elemento efectivo para mejorar de manera poco cara la resistencia del acero. Sin embargo, con el contenido de C de menos de 0.1%, un empleado a baja temperatura debe realizarse para obtener la resistencia deseada, lo cual causa un deterioro en la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro, o la necesidad de adicionar una gran cantidad de elementos caros para asegurar la dureza. Con el contenido de C excediendo de 0.20%, la
relación de producción se reduce, y cuando se obtiene la resistencia de producción deseada, una elevación de dureza se causa para deteriorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Correspondientemente, el contenido de C se establece de 0.1 a 0.20%. El rango preferible del contenido de C es de 0.12 a 0.18% y el rango más preferible es de 0.14 a 0.18%. Si: Si es un elemento, que mejora la dureza del acero para mejorar la resistencia en adición del efecto de desoxidación y se requiere un contenido de 0.05% o más. Sin embargo, cuando el contenido de Si excede de 1.0%, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora. Correspondientemente, el contenido correcto de Si es de 0.05 a 1.0%. El rango preferido de contenido de Si es de 0.1 a 0.6%. Mn: Mn es un elemento, que mejora la dureza del acero para mejorar la resistencia en adición al efecto de desoxidación, y se requiere un contenido de 0.05% o más. Sin embargo, cuando el contenido de Mn excede de 1.0%, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora. Correspondientemente, el contenido de Mn se establece de 0.05 a 1.0%.
P: P es una impureza del acero, que causa un deterioro en la tenacidad resultante de la segregación del límite del grano. Particularmente cuando el contenido de P excede de 0.025%, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora de manera marcada. Correspondientemente, es necesario controlar el contenido de = a 0.025% o menos. El contenido de P preferentemente se establece a 0.020% o menos y más preferentemente a 0.015% o menos. S: S también es una impureza del acero, y cunado el contenido de S excede de 0.010%, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora seriamente. Correspondientemente, el contenido de S se establece a 0.010% o menos. El contenido de S es preferentemente de 0.005% o menos. Cr: Cr es un elemento efectivo para mejorar la dureza del acero, y un contenido de 0.05% o más se requiere con el fin de exhibir este efecto. Sin embargo, cuando el contenido de Cr excede de 1.5%, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se deteriora. Por lo tanto, el contenido de Cr se
establece de 0.05% a 1.5%. El rango de preferencia del contenido de C es 0.2 a 1.0%, y el rango de mayor preferencia es 0.4 a 0.8%. Mo: Mo es un elemento efectivo para mejorar la dureza del acero con el fin de asegurar una resistencia alta y mejorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Con el fin de obtener estos efectos, es necesario controlar el contenido de Mo a 0.05% o más. Sin embargo, cuando el contenido de Mo excede de 1.0%, se forman carburos gruesos en los límites de grano anteriores de austerita para deteriorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Por lo tanto, el contenido de Mo se establece de 0.05 a 1.0%. El rango de preferencia del contenido de Mo es 0.1 a 0.8%. Al Al es un elemento que tiene un efecto de desoxidación y es efectivo para mejorar la tenacidad y facilidad de manipulación del acero. Sin embargo, cuando el contenido de Al excede de 0.10%, se causan fallas por rayas marcadamente. Correspondientemente, el contenido de Al se establece a 0.10% o menos. Aunque el límite más bajo del contenido de Al no se establece particularmente porque el contenido puede ser
un nivel de impurezas, el contenido de Al se establece preferentemente de 0.005% o más. El contenido de Al referido aquí significa el contenido de Al soluble en ácido (lo que llamamos el "sol. Al"). B: Aunque el efecto de mejoría de dureza de B puede obtenerse con un contenido de nivel de impurezas, el contenido de B se establece preferentemente a 0.0003% o más con el fin de obtener un efecto más marcado. Sin embargo, cuando el contenido de B excede de 0.005%, la tenacidad se deteriora. Por lo tanto, el contenido de B se establece de 0.0003 a 0.005%. El rango de preferencia de contenido de B es 0.0003 a 0.003%. Ti: Ti fija el N en el acero como un nitruro y hace que B presente en un estado disuelto en la matriz en el momento de enfriar rápidamente para hacer que exhiba el efecto de mejoría de dureza. Con el fin de obtener este efecto de Ti, el contenido de Ti se establece preferentemente a 0,002% o más. Sin embargo, cuando el contenido de Ti es de 0.05% o más, está presente como un nitruro grueso, resultando en el deterioro de la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Correspondientemente, el
contenido de Ti se establece de 0.002 a 0.05%. El rango de preferencia de contenido de Ti es 0.005 a 0.025%. N: N está presente inevitablemente en el acero, y se aglutina a Al , Ti o Nb para formar un nitruro. La presencia de una gran cantidad de N no solamente conduce al engrosamiento de A1N o TiN sino que también deteriora marcadamente la dureza a través de formar un nitruro con B. Correspondientemente, el contenido de N como un elemento de impureza se establece a 0.007% o menos. El rango de preferencia de N s menor a 0.005%. Limitación del valor A calculado por la ecuación (1) : El valor A se define a través de la siguiente ecuación (1) como se describió anteriormente, donde C, Mn, Cr y Mo en la ecuación (1) significa el porcentaje de la masa de los elementos respectivos. A = C + (Mn/6) + (Cr/5) + (Mo/3) ... (1) . La presente invención tiene la intención de elevar la relación de producción a través de limitar C para mejorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Correspondientemente, si el contenido de Mn, Cr y Mo no se ajusta de acuerdo con el ajuste del contenido de C, la dureza se incapacidad
para deteriorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Por lo tanto, con el fin .de asegurar la dureza, los contenidos de C, Mn, Cr y Mo deben establecerse de manera que el valor A de la ecuación (1) es de 0.43 o más. El valor A se establece preferentemente a 0.45 o mayor y más preferentemente a 0.47 o mayor. Los componentes opcionales del primer grupo y •del segundo grupo que se incluyen como, demandas de ocasión se describirán a continuación. .. El primer grupo- consiste de V y Nb . . V se precipita como un carburo fino en el momento de templar y .-' de esta forma tiene un efecto . para mejorar la resistencia. Aunque este efecto se exhibe a través de incluir 0.03% o más de V, la tenacidad se deteriora cuando el contenido excede de 0.2%. "El rango con mayor preferencia de contenido de V es 0.05 a 0.15%- Nb forma . un carbonitruro en un rango de temperatura alta para evitar el engrosamiento de los granos para mejorar de manera efectiva la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Cuando el contenido de Nb es de 0.002% o más, este efecto puede exhibirse. Sin embargo, cuando el contenido de Nb excede de .0.04%, el carbonitruro es excesivamente engrosado para deteriorar la resistencia al
agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Correspondientemente, el contenido de Nb añadido se establece preferentemente de 0.002 a 0.04%. El rango de mayor preferencia de contenido de Nb es 0.002 a 0.02%. El segundo grupo consiste de Ca, Mg y REM. Estos elementos no son añadidos necesariamente. Sin embargo, ya que reaccionan con S en el acero cuando se añade, para formar sulfuros para mejorar así la forma de una inclusión, la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro del acero puede mejorarse como un efecto. Este efecto puede obtenerse, cuando uno o dos o más seleccionados del grupo de Ca, Mg y REM (elementos de tierra rara, concretamente Ce, Ra, Y, etc.) se añaden) . Cuando el contenido de cada uno de los elementos es de menos de 0.0003%, el efecto no puede obtenerse. Cuando el contenido de todos los elementos excede de 0.005%, la cantidad de inclusiones en el acero se incrementa, y la limpieza del acero se deteriora para reducir la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Correspondientemente, el contenido de adición de cada elemento se establece preferentemente de 0.0003 a 0.005%. En la presente invención, el contenido de REM significa la suma del contenido de elementos de tierra rara.
Como se describió previamente, en general, mientras se vuelva más la resistencia del acero, peor será la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro en la circunstancia de contener demasiado sulfuro de hidrógeno. Pero el tubo de acero sin costura para pozos petroleros comprende las composiciones químicas descritas anteriormente retiene la buena resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro si la resistencia a la tensión no es mayor a 931 MPa. Por lo tanto la resistencia a la tensión del tubo de acero sin costura para un pozo petrolero preferentemente no es mayor a 931 Mpa (135 ksi) . Más preferentemente el límite superior de la resistencia a la tensión es de 897 MPa (130 ksi) . En seguida, se describirá el método para producir un tubo de acero sin costura para pozos petroleros de la presente invención. El tubo de acero sin costura para pozos petroleros de la presente invención es excelente en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro con una relación de producción alta aún si tiene una microestructura relativamente gruesa de manera que la microestructura se compone principalmente de martensita templada con un grano de austenita anterior de No. 7 o menos a través del número de tamaño de grano regulado
en JIS G 0551 (1998) . Correspondientemente, cuando un lingote de acero que tiene la composición química antes mencionada se utiliza como un material, la libertad de selección para el método para producir un tubo de acero puede incrementarse . Por. ejemplo, el tubo de acero sin costura puede producirse al suministrar un tubo' de acero formado a través de perforarse y alargarse a través de un método de fabricación de tubo a través de- un mandri-1 ' de laminado Mannesmann ' hacia- una instalación 'de tratamiento, con calor provista en una etapa- posterior de una máquina de laminado para acabado mientras " se mantiene a la temperatura de punto de transformación de' Ar3 de 600 a 750 grados centígrados.-- Aún si se selecciona • un proceso de tratamiento con calor ' y fabricación de tubo en línea del tipo de ahorro de energía como el proceso mencionado anteriormente, un tubo de acero con una relación de producción alta puede producirse, y puede obtenerse un tubo de acero sin costura para pozos petroleros que tienen una alta resistencia deseada y una alta resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. El tubo de acero sin costura puede también producirse a través de enfriar un tubo de acero formado y terminado en caliente una vez que baje a temperatura
ambiente, se recalienta en un horno de enfriado rápidamente para remojarse en un rango de temperatura de 900 a 1000 grados centígrados seguido por enfriamiento rápido en agua, y después templado de 600 a 750 grados centígrados. Si se selecciona un proceso fuera de línea para fabricar y calentar el tubo como el proceso' antes mencionado, puede producirse un tubo- de acero que tenga una relación de producción superior a través del . efecto de refinación del grano de austerita .previa, y puede obtenerse un tubo de ' acero sin costura para pozos petroleros con una resistenci más alta y uña resistencia al agrietamiento por esfuerzo de
.-sulfuro .•. . " - - - ' ' • '. Sin embargo, el método de producción' descrito a continuación es el más deseable. La razón es que ya que el tubo se sujet a una temperatura alta a partir de la fabricación del tubo para enfriamiento rápido, un elemento como V o ' Mo ' puede mantenerse fácilmente en un estado disuelto en la matriz y estos elementos se precipitan en el templado a alta temperatura lo cual es ventajoso para mejorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro, y contribuyen a incrementar la resistencia del tubo de acero. El método para producir un tubo de acero sin costura para pozos petroleros de la presente invención
se caracteriza porque la temperatura de laminado final de alargamiento y laminado, y el tratamiento de calor después del final del laminado. Cada uno será descrito a continuación. (1) Temperatura de laminado final de alargamiento y laminado Esta temperatura se establece de 800 a 1100 grados centígrados. A una temperatura inferior 800 grados centígrados, la resistencia de deformación del tubo de acero se incrementa excesivamente para causar un problema de abrasión de la herramienta. A una temperatura superior a 1100 grados centígrados, los granos son excesivamente engrosados para deteriorar la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. El proceso de perforación antes del alargado y laminado puede llevarse a cabo a través de un método general, como el método de perforación de Mannesmann. (2) Asistente de tratamiento de calentamiento
El tubo de acero alargado y laminado se carga en línea, concretamente en un horno de calentamiento asistente provisto dentro de una serie de líneas de producción de tubo de acero y calienta de manera asistente en el rango de temperatura desde el punto de transformación de Ar3 hasta 1000 grados centígrados. El propósito del asistente de calentamiento es eliminar
la dispersión en la temperatura longitudinal del tubo de acero para hacer que la microestructura uniforme. Cuando la temperatura del calentamiento asistente es inferior al punto de transformación de Ar3 , empieza a generarse un ferrito, y la microestructura enfriada rápidamente uniforme no puede obtenerse. Cuando es superior a 1000 grados centígrados, el crecimiento de grano se promueve para causar deterioro de la resistencia de agrietamiento- por esfuerzo- de. sulfuro a través de. '-engrosamiento del grano. El tiempo de calentamiento asistente se ajusta al tiempo necesario para hacer que la temperatura del espesor completo del tubo sea una temperatura uniformé, esto es de. alrededor de 5 a 10 minutos. Aunque el proceso de calentamiento asistente puede omitirse cuando la- temperatura de laminado final de alargamiento y laminado esté dentro de un rango dé temperatura desde el punto de transformación de Ar3 hasta 1000 grados centígrados, el calentamiento asistente se lleva a cabo deseablemente con el fin de minimizar la dispersión longitudinal y direccional de espesor en la temperatura del tubo . La microestructura más uniforme se obtiene cuando la temperatura de calentamiento asistente del tubo de acero en línea es entre el punto de
transformación de Ac3 y 1000 grados centígrados. Por lo tanto, la temperatura de calentamiento asistente de un tubo de acero en línea presentemente es entre el punto de transformación de Ac3 y 1000 grados centígrados . (3) Enfriamiento rápido y templado El tubo de acero que yace en un rango de temperatura desde el punto de transformación de Ar3 a 1000 grados centígrados a través del proceso antes mencionado se enfría rápidamente. El enfriamiento - rápido se lleva a cabo a una tasa de enfriamiento suficiente para hacer el espesor completo del tubo en una microestructura martensítica. Por lo general, puede adaptarse el enfriamiento por agua. El templado se lleva a cabo a una temperatura inferior al punto de transformación de Ac__, deseablemente, de 600 a 700 grados centígrados. El tiempo de templado puede ser de alrededor de 20 a 60 minutos aunque depende del grosor del tubo . De acuerdo con los procesos anteriores, puede obtenerse un tubo de acero sin costura para pozos petroleros con excelentes propiedades formados de martensita templada. FORMA DE REALIZACIÓN DE PREFERENCIA La presente invención se describirá en mayor
detalle en referencia con las formas de realización de preferencia . [Ejemplo 1] Se produjeron Lingotes con un diámetro exterior de 225 mm formados de 28 tipos de acero mostrados en la Tabla 3. Estos lingotes se calentaron a 1250 grados centígrados, y se formaron tubos de acero sin costura con un diámetro exterior de 244.5 mm y espesor de 13.8 mm a través del método de fabricación de tubo con mandril Mannesmann. [Tabla 3]
Cada tubo de acero sin costura formado se cargó en un horno de calentamiento asistente de una temperatura de horno de 950 grados centígrados constituyendo una instalación de tratamiento de calor provista en la última etapa de una máquina de laminado de terminación (concretamente máquina de alargado y laminado), se dejo reposar ahí para calentar de manera uniforme y asistente durante 5 minutos, y después se enfrió rápidamente en agua. El tubo de acero sin costura enfriado rápidamente en agua se cargó en un horno' de templado, y se sometió a tratamiento de templado de remojado uniforme a una temperatura entre 650 y 720 grados centígrados durante 30 minutos, y la resistencia se ajustó alrededor de 110 ksi (758 MPa) en términos de resistencia de producción para producir un producto de tubo de acero, concretamente un tubo de acero sin costura para pozos petroleros . El tamaño del grano del tubo de acero enfriado rápidamente con agua fue No. 7 o menos por el número de tamaño de grano regulado en JIS G 0551 (1998) en todos los aceros Nos. 1 a 28. Se tomaron varias piezas de prueba del producto de tubo de acero, y se llevaron a cabo las siguientes pruebas para examinar las propiedades del tubo de acero. También se examinó la dureza de cada
uno de los aceros . 1. Dureza Se tomó una pieza de prueba Jominy de cada uno de los lingotes antes del laminado de la fabricación de tubo, se austenitizó a 1100 grados centígrados, y se sometió a una prueba Jominy. Se evaluó la dureza a través de comparar la dureza Rockwell C en una posición de 10 mm desde un extremo Jominy (JHRC10) con el valor de 58C% + 27, que es el valor de predicción de la dureza Rockwell , C correspondiente a la relación de 90%.
- martensita de cada uno de los aceros, y se determinó que uno tenía un JHRC10 superior que el valor de 59C% +
27 para . tener "excelente dureza", y uno tenía . un JHRC10 no superior al valor de 58C% + 27 para tener "dureza inferior" . 2. Prueba de Tensión Se cortó una pieza de prueba de tensión circular regulada en 5CT de la norma API desde -la dirección longitudinal de cada uno de los tubos de acero y se realizó una prueba de tensión para medir la resistencia de producción YS (ksi) , la resistencia de tensión TS (ksi) y la relación de producción YR (%) . 3. Prueba de Corrosión Se cortó una pieza de prueba del método .A regulado en NACE TM0177-96 desde la dirección
longitudinal de cada uno de los tubos de acero, y se realizó una prueba del método NACE A en la circunstancia de 0.5% de ácido acético y 5% de solución acuosa de cloruro de sodio ' saturada con sulfuro de hidrógeno de la presión parcial de 101325 Pa (1 atm) para medir un límite de esfuerzo aplicado- (esto es el esfuerzo máximo sin causar ruptura en un tiempo de prueba de 720 horas, mostrado por la relación de la resistencia de producción real de cada uno- de los tubos de acero) . - La - resistencia de - agrietamiento por esfuerzo de. sulfuro se determinó • como excelente cuándo' el límite de esfuerzo aplicado fue de' 90% o más ' de YS . Los- resultados del examen se muestran -en la Tabla 4.- La columna- de dureza de la ' Tabla' 4 se muestra por "excelente" o "inferior" a través de lá comparación entre JHRC10 y el valor de 58C% + 27. [Tabla 4]
Como es aparente en la Tabla 4 , los aceros Nos . 1 a 23, tienen una composición química regulada en la presente invención, tienen excelente dureza, alta relación de producción y excelente resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. Por otro lado, todos los aceros Nos. 24 a 38, están fuera del rango de componentes regulados en la presente invención, son inferiores en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. El acero No. 24 también está demasiado corto en dureza para obtener una microestructura uniforme enfriada rápidamente y templada, concretamente la microestructura martensítica templada uniforme, y también bajo en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro con una baja relación de producción, ya que el contenido de Mo está fuera del rango regulado en la presente invención. El acero No. 25 está demasiado corto en dureza para obtener la microestructura uniforme enfriada rápidamente y templada, concretamente la microestructura martensítica templada uniforme, y también una mala resistencia en el agrietamiento por esfuerzo de sulfuro con baja relación de producción, ya que las condiciones reguladas en la presente invención no se satisfacen con un valor A de la ecuación (1) más baja de 0.43 aunque los contenidos independientes de C, Mn, Cr y Mo están dentro de
los rangos regulados en la presente invención. El acero No. 26 es excelente en dureza y tiene una alta relación de producción, pero es pobre en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro ya que el contenido de Cr es mayor al de la regulación en la presente invención. El acero No. 27 es corto en dureza y también pobre en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro con una relación de producción baja, ya que el contenido de Mo es menor al valor del límite inferior regulado en la presente invención aunque el valor A de la ecuación (1) satisface la condición regulada en la presente invención. El acero No. 28 es excelente en dureza, pero es inferior en resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro con una relación de producción baja, ya que el contenido de C es más alto que la regulación de la presente invención. [Ejemplo 2] Se produjeron lingotes con un diámetro exterior de 225 mm formados de 3 tipos de aceros mostrados en la Tabla 5. Estos lingotes se calentaron a 1250 grados centígrados y se formaron tubos de acero sin costura con un diámetro exterior de 244.5 mm y un espesor de 13.8 mm a través del método de fabricación de tubo con mandril
Mannesmann. Los aceros Nos. 29 a 31 en la Tabla 5 fueron satisfactorios para la composición química definida por la presente invención.
m
Cada uno de los tubos de acero sin costura formados se cargó en un horno de calentamiento asistente a una temperatura de horno de 950 grados centígrados constituyendo una instalación de tratamiento con calor provista en la última etapa de una máquina de laminado de acabado (concretamente máquina de alargamiento y laminado) , permitiendo reposar ahí para calentarse de manera uniforme y asistente durante 5 minutos, y después enfriarse rápidamente en agua. El tubo de acero sin costura enfriado rápidamente en agua se dividió en dos piezas y se cargó en un horno de templado, y se sometió a tratamiento de templado de remojado uniforme para cada una de las piezas a una temperatura de entre 650 y 720 grados centígrados durante 30 minutos, y la resistencia se ajustó a alrededor de 125 ksi (862 MPa) a 135 ksi (931 MPa) en términos de resistencia a la tensión para producir un producto de tubo de acero, concretamente un tubo de acero sin costura para pozos petroleros. El tamaño del grano del tubo de acero enfriado rápidamente en agua fue No . 7 o menos a través del número del tamaño de grano regulado en JIS G 0551 (1998) en todos los aceros Nos. 29 a 31. Se tomaron varias piezas de prueba del
producto de tubo de acero, y se realizaron las siguientes pruebas para examinar las propiedades del tubo de acero. También se examinó la dureza de cada uno de los aceros . 1. Dureza Se tomó una pieza de prueba Jominy de cada uno de los lingotes antes de la fabricación por laminación de tubo, austenitizado a 1100 grados centígrados, y se sometió a una prueba Jominy. Se evaluó la dureza a través de comparar la dureza Rockwell C en una posición de 10 mm desde el extremo Jominy (JHRCio) con el valor de 58C% + 27, que es un valor de predicción de la dureza Rockwell C correspondiente a la relación 90% -martensita de cada uno de los aceros, y se determinó que uno tenía un JHRC_.0 más alto que el valor de 58%C + 27 teniendo "excelente dureza" , y uno teniendo un JHRC_.0 que no era superior al valor de 58C% + 27 teniendo una "dureza inferior" . 2. Prueba de Tensión Se cortó una pieza de prueba de tensión circular regulada en 5CT de la norma API desde la dirección longitudinal de cada uno de los tubos de acero, y se realizó una prueba de tensión para medir la resistencia de producción YS (ksi) , la resistencia de tensión TS (ksi) y la relación de producción YR (%) .
3. Prueba de Corrosión Se cortó una pieza de prueba del método A regulado en NACE TM0177-96 desde la dirección longitudinal de cada uno de los tubos de acero, y se realizó una prueba del método A NACE en circunstancias de 0.5% de ácido acético y 5% de solución acuosa de cloruro de sodio saturado con sulfuro de hidrógeno de la presión parcial de 101325 Pa (1 atm) para medir un límite de esfuerzo aplicado (esto es, el esfuerzo máximo sin causar ruptura en el tiempo de prueba de 720 horas, mostrado por la relación con la resistencia de producción real de cada uno de los tubos de acero) . La resistencia de agrietamiento por esfuerzo de sulfuro se determinó como excelente cuando el límite de esfuerzo aplicado fue de 90% o más de YS . Los resultados del examen se muestran en la Tabla 6. La columna de dureza de la Tabla 6 se muestra por "excelente" o "inferior" a través de la comparación entre JHRC_,o y el valor de 58C% + 27. [Tabla 6] TABLA 6
Como es aparente en la Tabla 6, los aceros
Nos. 29 a 31 tienen composiciones químicas reguladas en la presente invención, tienen excelente dureza, alta relación de producción y excelente resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. En particular, las marcas 29-2, 30-2, 31-1 y 31-2, cuyas resistencias a la tensión no son de más de 130 ksi (897 MPa) , tienen mejor resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro. APLICABILIDAD INDUSTRIAL El tubo de acero sin costura para pozos petroleros de la presente invención que es altamente fuerte y excelente en la resistencia al agrietamiento por esfuerzo de sulfuro debido a su alta relación de producción aún con una microestructura enfriada rápidamente y templada, concretamente una microestructura martensítica templada, en la que los granos de austenita previa son granos relativamente gruesos del No. 7 o menores por el número de tamaño de grano regulado en JIS G 0551 (1998) . El tubo de acero sin costura para pozos petroleros de la presente invención pueden producirse a bajo costo a través de adaptar un proceso de tratamiento de calor y de fabricación de tubo en línea con una alta eficiencia de producción ya que no se
requiere un tratamiento de recalentamiento para refinación de granos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una representación gráfica de la influencia del contenido de C en la relación entre la resistencia de producción (YS) y la relación de producción (YR) en una placa de acero enfriada rápidamente y templada.