BRPI1004267B1

BRPI1004267B1 - method for producing steel pipe and steel and pipe compositions

Info

Publication number: BRPI1004267B1
Application number: BRPI1004267-9A
Authority: BR
Inventors: Teresa Estela Perez; Gonzale Roberto Gomez
Original assignee: Tenaris Connections B.V.
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2020-12-22
Also published as: BRPI1004267A2; EP2287346A1; MX2010006761A; EP2287346B1; JP2011006790A; JP5787492B2; AR077129A1; US20100319814A1

Abstract

método para produção de tubo de aço e composições de aço e tubo. composições de aço com adições micro-ligantes de boro e titânio, com tensão de escoamento de pelo menos 100 ksi (690 mpa), excelente tenacidade e boa soldabilidade. adições de boro são usadas para aumentar a temperabilidade. fortes formadores de nitretos, tais como titânio, podem ser adicionados à composição de aço com o objetivo de evitar que se formem nitretos de boro. estas composições podem ser resfriadas, a partir da laminação a quente, a ar ou utilizando resfriamento acelerado. depois do resfriamento a ar, a composição pode ser arrefecida ou arrefecida e temperada. as composições são adequadas para tubos lineares com alta resistência (por exemplo, x100 em padrão api 5l) e outras aplicações.method for producing steel tube and steel and tube compositions. steel compositions with boron and titanium micro-ligand additions, with yield stress of at least 100 ksi (690 mpa), excellent toughness and good weldability. boron additions are used to increase temperability. strong nitride builders, such as titanium, can be added to the steel composition in order to prevent boron nitrides from forming. these compositions can be cooled, from hot lamination, to air or using accelerated cooling. after air-cooling, the composition can be cooled or cooled and quenched. the compositions are suitable for linear tubes with high resistance (for example, x100 in standard api 5l) and other applications.

Description

Background of the invention Field

[001] As concretizações da presente invenção dizem respeito a tubos sem costura, formados de aços contendo microadições de elementos de ligas de boro e titânio, com tensões de escoamento de pelo menos 690 MPa (100 ksi), excelente tenacidade e boa soldabilidade. Esses tubos são adequados para uso em tubos de linhas de alta resistência mecânica, por exemplo, X100 em padrão API 5L, e outras possíveis aplicações.[001] The embodiments of the present invention relate to seamless tubes, formed from steels containing microadditions of elements of boron and titanium alloys, with yield stresses of at least 690 MPa (100 ksi), excellent toughness and good weldability. These tubes are suitable for use in tubes of high mechanical resistance lines, for example, X100 in API 5L standard, and other possible applications.

Description of the related technique

[002] As microadições de elementos de ligas de boro a aço são desejáveis, pois essas adições podem aperfeiçoar as propriedades mecânicas do aço. Por exemplo, as adições de boro podem aumentar a temperabilidade, a capacidade do aço de ser endurecido por tratamento térmico. Por migração para os limites dos grãos, onde inibem a transformação de fase de austenita em ferrita, as adições de boro podem aperfeiçoar a facilidade com que martensita pode ser formada. Além do mais, o boro é efetivo a concentrações muito baixas, proporcionando aperfeiçoamentos significativos em temperabilidade, a um custo relativamente baixo.[002] Microadditions of elements from boron alloys to steel are desirable, as these additions can improve the mechanical properties of steel. For example, boron additions can increase the hardenability, the ability of the steel to be hardened by heat treatment. By migration to the grain boundaries, where they inhibit the transformation of austenite to ferrite phase, boron additions can improve the ease with which martensite can be formed. In addition, boron is effective at very low concentrations, providing significant improvements in temperability at a relatively low cost.

[003] Para alcançar esses benefícios, o boro deve ficar no seu estado elementar, livre. No entanto, o boro reage facilmente com as impurezas presentes no aço, tal como nitrogênio. Quando são formados nitretos de boro, o efeito positivo na temperabilidade proporcionara pelo boro pode ser reduzido, devido à diminuição em boro livre.[003] To achieve these benefits, boron must remain in its elemental, free state. However, boron reacts easily with impurities present in steel, such as nitrogen. When boron nitrides are formed, the positive effect on the hardenability provided by boron can be reduced, due to the decrease in free boron.

[004] Para abordar esse aspecto, agentes formadores de nitretos fortes, tal como titânio, podem ser adicionados à composição de aço, para inibir a formação de nitretos de boro. Concomitantemente, no entanto, partículas de nitreto de titânio relativamente grosseiras podem ser formadas durante solidificação. Essas partículas, que podem crescer adicionalmente durante reaquecimento, antes de laminação a quente, podem provocar uma tenacidade inferior no aço e atenuar os aperfeiçoamentos das propriedades produzidos pela adição de boro.[004] To address this aspect, strong nitride forming agents, such as titanium, can be added to the steel composition, to inhibit the formation of boron nitrides. Concomitantly, however, relatively coarse titanium nitride particles can be formed during solidification. These particles, which can grow further during reheating, before hot rolling, can cause lower toughness in the steel and attenuate the improvements in properties produced by the addition of boron.

SUMMARY

[005] Em uma concretização, um método para produção de um aço de boro-titânio, com uma tensão de escoamento de pelo menos 690 MPa (100 ksi), excelente tenacidade e boa soldabilidade, é proporcionado. O método compreende proporcionar uma composição compreendendo carbono, titânio e boro. O método pode compreender proporcionar adicionalmente um ou mais de manganês, silício, níquel, cromo, molibdênio, vanádio e nióbio à composição. O método pode também compreender o resfriamento da composição da fundição, a uma taxa de resfriamento suficientemente alta para inibir o aumento dos tamanhos dos grãos dos precipitados de nitreto de titânio (TiN) dentro da composição, e limitar o tamanhos dos precipitados de TiN a menos de cerca de 50 nm. O método pode compreender ainda a laminação a quente da composição, de modo a refinar a microestrutura e obter tamanhos de grão de cerca de 20 a 50 μm, antes da transformação. O método pode incluir ainda o resfriamento da composição em ar, após laminação a quente, e submeter a composição a austenização, têmpera e revenido; ou resfriamento forçado da composição, imediatamente após a laminação a quente, a taxas entre cerca de 5 a 50°C/s, sem qualquer tratamento térmico subsequente. Em certas concretizações, a composição de aço pode ser formada em um tubo de aço, por exemplo, um tubo sem costura de aço.[005] In one embodiment, a method for producing a boron-titanium steel, with a yield strength of at least 690 MPa (100 ksi), excellent toughness and good weldability, is provided. The method comprises providing a composition comprising carbon, titanium and boron. The method may further comprise providing one or more of manganese, silicon, nickel, chromium, molybdenum, vanadium and niobium to the composition. The method may also comprise cooling the foundry composition, at a cooling rate high enough to inhibit the increase in grain sizes of titanium nitride precipitates (TiN) within the composition, and limit the sizes of TiN precipitates to less. about 50 nm. The method can also comprise the hot lamination of the composition, in order to refine the microstructure and obtain grain sizes of about 20 to 50 μm, before transformation. The method may also include cooling the composition in air, after hot rolling, and subjecting the composition to austenization, tempering and tempering; or forced cooling of the composition, immediately after hot rolling, at rates between about 5 to 50 ° C / s, without any subsequent heat treatment. In certain embodiments, the steel composition can be formed in a steel tube, for example, a seamless steel tube.

[006] Em uma concretização adicional, um método para produção de um tubo de aço é proporcionado. O método compreende proporcionar uma composição de aço, compreendendo: cerca de 0,04 a 0,12 % p/p de carbono (C); cerca de 0,01 a 0,03 % p/p de titânio (Ti); cerca de 0,0005 a 0,003 % p/p de boro (B); e menos ou igual que cerca de 0,008 % p/p de nitrogênio (N), em que a concentração de cada elemento é baseada no peso total da composição de aço. Em uma concretização, cerca de 0,0005 a 0,002 % p/p de boro pode ser mantido em solução sólida, para aperfeiçoar a temperabilidade. Em uma outra concretização, substancialmente todo o nitrogênio pode estar presente na forma de partículas de TiN, de modo a evitar a formação de nitretos de boro e obter o teor de boro mencionado acima em solução sólida. O método compreende ainda o resfriamento de uma barra fundida da composição de aço, em que a taxa de resfriamento, em torno do centro da barra, é selecionada de modo que os particulados de TiN, formados na barra, apresentam um tamanho médio inferior a cerca de 50 nm. O método pode compreender adicionalmente a formação de um tubo da barra. Em uma concretização adicional, a tensão de escoamento do aço formado, medida de acordo com a norma ASTM E8, pode ser superior a cerca de 690 MPa (cerca de 100 ksi). Em certas concretizações, a composição de aço pode ser formada em um tubo sem costura.[006] In a further embodiment, a method for producing a steel tube is provided. The method comprises providing a steel composition, comprising: about 0.04 to 0.12% w / w carbon (C); about 0.01 to 0.03% w / w titanium (Ti); about 0.0005 to 0.003% w / w boron (B); and less than or equal to about 0.008% w / w nitrogen (N), where the concentration of each element is based on the total weight of the steel composition. In one embodiment, about 0.0005 to 0.002% w / w of boron can be kept in a solid solution, to improve hardenability. In another embodiment, substantially all of the nitrogen may be present in the form of TiN particles, in order to avoid the formation of boron nitrides and obtain the aforementioned boron content in solid solution. The method also includes the cooling of a molten bar of the steel composition, in which the cooling rate, around the center of the bar, is selected so that the TiN particles, formed in the bar, have an average size of less than about 50 nm. The method may further comprise forming a tube of the bar. In an additional embodiment, the yield strength of the formed steel, measured according to the ASTM E8 standard, can be greater than about 690 MPa (about 100 ksi). In certain embodiments, the steel composition can be formed in a seamless tube.

[007] Em uma outra concretização, um método para produção de uma composição de aço é proporcionado. O método compreende proporcionar uma composição de aço, que compreende: cerca de 0,04 a 0,12 % p/p de carbono (C); cerca de 0,6 a 1,6 % p/p de manganês (Mn); cerca de 0,05 a 0,3 % p/p de silício (Si); menos ou igual que cerca de 0,5 % p/p de níquel (Ni); menos ou igual que cerca de 0,5 % p/p de cromo (Cr); menos ou igual que cerca de 0,5 % p/p de molibdênio (Mo); menos ou igual que cerca de 0,15 % p/p de vanádio (V); menos ou igual que cerca de 0,05 % p/p de nióbio (Nb); cerca de 0,01 a 0,03 % p/p de titânio (Ti); cerca de 0,0005 a 0,0030 % p/p de boro (B); e menos ou igual que cerca de l a 0,008 % p/p de nitrogênio (N), em que a concentração de cada elemento é baseada no peso total da composição de aço. Em uma concretização, cerca de 0,0005 a 0,002 % p/p de boro é mantida em solução sólida, para aperfeiçoar a temperabilidade. O método inclui ainda a fundição da composição de aço, quando substancialmente todo o nitrogênio na composição de aço fundida está presente na forma de partículas de TiN, tendo um tamanho de partícula inferior a cerca de 50 nm, para evitar a formação de nitretos de boro e obter o dito teor de boro na solução sólida. O método inclui ainda a laminação a quente da composição de aço formada e resfriamento da composição de aço formada, diretamente após laminação a quente, a uma taxa entre cerca de 5 a 50°C/s. Em certas concretizações, a composição de aço formada é resfriada diretamente após laminação a quente, a uma taxa entre cerca de 10 a 30°C/s.[007] In another embodiment, a method for producing a steel composition is provided. The method comprises providing a steel composition, comprising: about 0.04 to 0.12% w / w carbon (C); about 0.6 to 1.6% w / w of manganese (Mn); about 0.05 to 0.3% w / w silicon (Si); less than or equal to about 0.5% w / w nickel (Ni); less than or equal to about 0.5% w / w chromium (Cr); less than or equal to about 0.5% w / w molybdenum (Mo); less than or equal to about 0.15% w / w vanadium (V); less than or equal to about 0.05% w / w niobium (Nb); about 0.01 to 0.03% w / w titanium (Ti); about 0.0005 to 0.0030% w / w boron (B); and less than or equal to about 1 to 0.008% w / w nitrogen (N), where the concentration of each element is based on the total weight of the steel composition. In one embodiment, about 0.0005 to 0.002% w / w of boron is kept in a solid solution, to improve temperability. The method also includes casting the steel composition, when substantially all of the nitrogen in the molten steel composition is present in the form of TiN particles, having a particle size of less than about 50 nm, to prevent the formation of boron nitrides. and obtaining said boron content in the solid solution. The method also includes hot rolling the formed steel composition and cooling the formed steel composition, directly after hot rolling, at a rate between about 5 to 50 ° C / s. In certain embodiments, the formed steel composition is cooled directly after hot rolling, at a rate between about 10 to 30 ° C / s.

[008] A microestrutura final da composição de aço, seguinte ao resfriamento, sem qualquer revenido após resfriamento, pode compreender uma mistura de bainita e martensita, com não mais do que cerca de 30% de martensita. Em certas concretizações, a microestrutura pode compreender não mais que cerca de 5% de martensita.[008] The final microstructure of the steel composition, following cooling, without any tempering after cooling, may comprise a mixture of bainite and martensite, with no more than about 30% martensite. In certain embodiments, the microstructure can comprise no more than about 5% martensite.

[009] Em uma concretização adicional, um método para produção de uma composição de aço é proporcionado. O método compreende proporcionar uma composição de aço, que compreende: cerca de 0,04 - 0,08 % p/p de carbono (C); cerca de 0,8 - 1,6 % p/p de manganês (Mn); cerca de 0,05 - 0,30 % p/ p de silício (Si) até cerca de 0,3 % p/p de molibdênio (Mo); cerca de 0,01 - 0,03 % p/p de titânio (Ti); cerca de 0,0005 - 0,003 % p/p de boro (B); e menos ou igual a cerca de 0,008 % p/p de nitrogênio (N), em que a concentração de cada elemento é baseada no peso total da composição de aço. O método compreende ainda a fundição da composição de aço, quando substancialmente todo o nitrogênio na composição de aço fundida está presente na forma de partículas de TiN, tendo um tamanho de partícula inferior a cerca de 50 nm, para evitar a formação de nitretos de boro. O método compreende ainda laminação a quente e resfriamento em ar da composição de aço formada, diretamente após a laminação a quente, a uma taxa inferior a cerca de 1°C/s, austenização e têmpera da composição.[009] In a further embodiment, a method for producing a steel composition is provided. The method comprises providing a steel composition, which comprises: about 0.04 - 0.08% w / w carbon (C); about 0.8 - 1.6% w / w of manganese (Mn); about 0.05 - 0.30% w / w silicon (Si) to about 0.3% w / w molybdenum (Mo); about 0.01 - 0.03% w / w titanium (Ti); about 0.0005 - 0.003% w / w boron (B); and less or equal to about 0.008% w / w nitrogen (N), where the concentration of each element is based on the total weight of the steel composition. The method also comprises the casting of the steel composition, when substantially all of the nitrogen in the molten steel composition is present in the form of TiN particles, having a particle size of less than about 50 nm, to prevent the formation of boron nitrides. . The method also comprises hot rolling and air cooling of the formed steel composition, directly after hot rolling, at a rate of less than about 1 ° C / s, austenization and tempering of the composition.

[0010] A microestrutura final da composição, sem qualquer revenido após têmpera, pode compreender uma mistura de bainita e martensita. Em certas concretizações, a microestrutura compreende não mais do que cerca de 30% de martensita. Em outras concretizações, a microestrutura compreende não mais do que cerca de 20% de martensita.[0010] The final microstructure of the composition, without any tempering after hardening, may comprise a mixture of bainite and martensite. In certain embodiments, the microstructure comprises no more than about 30% martensite. In other embodiments, the microstructure comprises no more than about 20% martensite.

[0011] Em uma outra concretização, um método para produção de uma composição de aço é proporcionado. O método compreende proporcionar uma composição de aço, que compreende: cerca de 0,04 - 0,12 % p/p de carbono (C); cerca de 0,8 a 1,6 % p/p de manganês (Mn); cerca de 0,05 a 0,3 % p/p de silício (Si); menos ou igual a cerca de 0,5 % p/p de níquel (Ni); menos ou igual a cerca de 0,5 % p/p de cromo (Cr); menos ou igual que cerca de 0,5 % p/p de molibdênio (Mo); menos ou igual a cerca de 0,15 % p/p de vanádio (V); menos ou igual que cerca de 0,05 % p/p de nióbio (Nb); cerca de 0,01 a 0,03 % p/p de titânio (Ti); cerca de 0,0005 - 0,0030 % p/p de boro (B); e menos ou igual que cerca de 0,008 % p/p de nitrogênio (N), em que a concentração de cada elemento é baseada no peso total da composição de aço, e em que cerca de 0,0005 a 0,002 % p/p de boro é mantido na solução sólida para melhorar a temperabilidade. O método compreende ainda a fundição da composição de aço, em que substancialmente todo o nitrogênio na composição de aço de fundição está presente na forma de partículas de TiN, tendo um tamanho menor que cerca de 50 nm para evitar a formação de nitretos de boro e alcançar o dito teor de boro na solução sólida. O método também compreende a laminação a quente da composição de aço de fundição e o resfriamento em ar da composição de aço formada, diretamente após a laminação a quente, a uma taxa menor a cerca de 1°C/seg. O método compreende ainda austenização de têmpera da composição. O método pode opcionalmente compreender ainda revenido da composição, a uma temperatura entre cerca de 400 e 700°C.[0011] In another embodiment, a method for producing a steel composition is provided. The method comprises providing a steel composition, which comprises: about 0.04 - 0.12% w / w carbon (C); about 0.8 to 1.6% w / w of manganese (Mn); about 0.05 to 0.3% w / w silicon (Si); less than or equal to about 0.5% w / w nickel (Ni); less than or equal to about 0.5% w / w chromium (Cr); less than or equal to about 0.5% w / w molybdenum (Mo); less than or equal to about 0.15% w / w vanadium (V); less than or equal to about 0.05% w / w niobium (Nb); about 0.01 to 0.03% w / w titanium (Ti); about 0.0005 - 0.0030% w / w boron (B); and less than or equal to about 0.008% w / w of nitrogen (N), where the concentration of each element is based on the total weight of the steel composition, and about 0.0005 to 0.002% w / w of boron is kept in the solid solution to improve hardenability. The method also comprises casting the steel composition, in which substantially all of the nitrogen in the casting steel composition is present in the form of TiN particles, having a size less than about 50 nm to prevent the formation of boron nitrides and achieve said boron content in the solid solution. The method also comprises hot rolling of the foundry steel composition and air cooling of the formed steel composition, directly after hot rolling, at a lower rate at about 1 ° C / sec. The method further comprises austenizing the tempering of the composition. The method may optionally further comprise tempering the composition, at a temperature between about 400 and 700 ° C.

[0012] Em uma concretização revenida, a microestrutura final da composição resfriada pelo ar, após revenido, pode compreender uma mistura de bainita e martensita revenida, com não menos do que cerca de 30% de martensita. Em certas concretizações, a composição resfriada em ar pode compreender não menos do que cerca de 50% de martensita.[0012] In a tempered embodiment, the final microstructure of the composition cooled by air, after tempering, may comprise a mixture of bainite and tempered martensite, with no less than about 30% martensite. In certain embodiments, the air-cooled composition can comprise no less than about 50% martensite.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0013] A Figura 1 é um fluxograma esquemático de uma concretização de um método para produção de tubos de aço com boro-titânio (B/Ti).[0013] Figure 1 is a schematic flowchart of an embodiment of a method for producing steel tubes with boro-titanium (B / Ti).

[0014] A Figura 2 é uma representação gráfica da transformação por resfriamento contínuo (CCT) de uma concretização da composição de aço 1.[0014] Figure 2 is a graphical representation of the transformation by continuous cooling (CCT) of an embodiment of the steel composition 1.

[0015] A Figura 3 ilustra micrografias eletrônicas de varredura da microestrutura das concretizações da composição de aço 1, resfriada da faixa austenítica a taxas de cerca de 2°C/s, 5°C/s, 10°C/s e 20°C/s.[0015] Figure 3 illustrates scanning electron micrographs of the microstructure of the embodiments of steel composition 1, cooled from the austenitic range at rates of about 2 ° C / s, 5 ° C / s, 10 ° C / s and 20 ° C /s.

[0016] As Figuras 4A e 4B são representações gráficas da energia de impacto (CVN) para uma concretização da composição de aço 1, submetida a resfriamento acelerado; (A) energia de impacto como uma função da taxa de resfriamento; (B) energia de impacto como uma função da temperatura.[0016] Figures 4A and 4B are graphical representations of the impact energy (CVN) for an embodiment of the steel composition 1, subjected to accelerated cooling; (A) impact energy as a function of the cooling rate; (B) impact energy as a function of temperature.

[0017] A Figura 5 é uma representação gráfica da dureza como uma função da temperatura de revenido, para uma concretização da composição de aço 1 na condição temperada e revenida.[0017] Figure 5 is a graphical representation of hardness as a function of tempering temperature, for an embodiment of steel composition 1 in tempered and tempered condition.

[0018] A Figura 6 ilustra uma micrografia eletrônica de varredura da microestrutura de uma concretização da composição de aço 1, que é temperada e revenida a cerca de 410°C.[0018] Figure 6 illustrates a scanning electron micrograph of the microstructure of an embodiment of steel composition 1, which is tempered and tempered at about 410 ° C.

[0019] A Figura 7 é uma representação gráfica da transformação por resfriamento contínuo (CCT) de uma concretização da composição de aço 2.[0019] Figure 7 is a graphical representation of the transformation by continuous cooling (CCT) of an embodiment of the steel composition 2.

[0020] A Figura 8 ilustra micrografias eletrônicas de varredura da microestrutura das concretizações da composição de aço 2, resfriada da faixa austenítica a taxas de cerca de 0,2°C/s, 0,5°C/s, 1°C/s, 10°C/s, 30°C/s e 50°C/s.[0020] Figure 8 illustrates scanning electron micrographs of the microstructure of the embodiments of steel composition 2, cooled from the austenitic range at rates of about 0.2 ° C / s, 0.5 ° C / s, 1 ° C / s, 10 ° C / s, 30 ° C / s and 50 ° C / s.

[0021] A Figura 9 é uma representação gráfica da transformação por resfriamento contínuo (CCT) de uma concretização da composição de aço 3.[0021] Figure 9 is a graphical representation of the transformation by continuous cooling (CCT) of an embodiment of the steel composition 3.

[0022] A Figura 10 ilustra micrografias eletrônicas de varredura da microestrutura das concretizações da composição de aço 3, resfriada da faixa austenítica a taxas de cerca de 0,2°C/s, 0,5°C/s, 1°C/s, 10°C/s, 30°C/s e 50°C/s.[0022] Figure 10 illustrates scanning electron micrographs of the microstructure of the embodiments of steel composition 3, cooled from the austenitic range at rates of about 0.2 ° C / s, 0.5 ° C / s, 1 ° C / s, 10 ° C / s, 30 ° C / s and 50 ° C / s.

[0023] As Figuras 11A - 11B são representações gráficas da dureza em função da taxa de resfriamento de laminação a quente para as concretizações das composições de aço 2 e 3; (A) composição 2; (B) composição 3.[0023] Figures 11A - 11B are graphical representations of hardness as a function of the hot rolling cooling rate for the embodiments of steel compositions 2 and 3; (A) composition 2; (B) composition 3.

[0024] As Figuras 12A - 12B ilustram micrografias eletrônicas de varredura da microestrutura das concretizações das composições de aço 2 e 3, na condição temperada; (A) composição 2; (B) composição 3.[0024] Figures 12A - 12B illustrate scanning electron micrographs of the microstructure of the embodiments of steel compositions 2 and 3, in the tempered condition; (A) composition 2; (B) composition 3.

[0025] As Figuras 13A - 13B ilustram micrografias eletrônicas de varredura da microestrutura das concretizações das composições de aço 2 e 3, na condição temperada e revenida; (A) composição 2; (B) composição 3.[0025] Figures 13A - 13B illustrate scanning electron micrographs of the microstructure of the embodiments of steel compositions 2 and 3, in tempered and tempered condition; (A) composition 2; (B) composition 3.

[0026] A Figura 14 é uma representação gráfica da dureza em função da temperatura de revenido, para as concretizações das composições de aço 2 (quadrados sólidos) e 3 (quadrados abertos).[0026] Figure 14 is a graphical representation of hardness as a function of tempering temperature, for the embodiments of steel compositions 2 (solid squares) and 3 (open squares).

[0027] A Figura 15 é uma representação gráfica da dureza em função da taxa de resfriamento média entre 800°C e 500°C, para uma concretização da composição de aço 2 e um aço de Nb-V de referência.[0027] Figure 15 is a graphical representation of the hardness as a function of the average cooling rate between 800 ° C and 500 ° C, for a concrete composition of steel 2 and a reference Nb-V steel.

DETAILED DESCRIPTION

[0028] As concretizações da presente invenção apresentam as composições e os métodos de manufatura para aços de baixo teor de carbono microligados com boro. Em particular, os aços de boro/titânio (B/Ti), que apresentam particulados controlados de nitreto de titânio (TiN), e os aperfeiçoamentos associados em tenacidade, são discutidos em detalhes. Por meio da adição de titânio e boro, boro livre pode ser substancialmente mantido em solução sólida, aperfeiçoando a temperabilidade durante a decomposição da austenita.[0028] Embodiments of the present invention show the compositions and manufacturing methods for low carbon steels microalloyed with boron. In particular, boron / titanium (B / Ti) steels, which have controlled titanium nitride (TiN) particulates, and the associated improvements in toughness, are discussed in detail. Through the addition of titanium and boron, free boron can be substantially kept in a solid solution, improving the hardenability during the decomposition of austenite.

[0029] O tamanho dos precipitados de TiN pode ser controlado pela taxa de resfriamento, durante a fundição. Em certas concretizações, o tamanho pode compreender o diâmetro dos precipitados. Em outras concretizações, o tamanho pode compreender a maior dimensão dos precipitados. Por exemplo, como discutido em detalhes abaixo, por emprego de taxas de resfriamento superiores a cerca de 10 a 30°C/min, durante a fundição, precipitados finos de TiN, tendo um tamanho médio inferior a cerca de 50 nm, podem ser produzidos. Devido ao pequeno tamanho desses precipitados de TiN, eles não são prejudiciais à tenacidade. Adicionalmente, esses precipitados podem inibir o excessivo crescimento de grão, durante as operações de processamento, tal como o reaquecimento antes da laminação a quente. Por redução do tamanho do grão da austenita, a tenacidade pode ser aperfeiçoada, após resfriamento acelerado ou têmpera, devido à redução no tamanho do acondicionamento de martensita / bainita.[0029] The size of TiN precipitates can be controlled by the cooling rate, during casting. In certain embodiments, the size may comprise the diameter of the precipitates. In other embodiments, the size may comprise the largest size of the precipitates. For example, as discussed in detail below, by using cooling rates greater than about 10 to 30 ° C / min, during casting, fine TiN precipitates, having an average size of less than about 50 nm, can be produced . Due to the small size of these TiN precipitates, they are not harmful to toughness. In addition, these precipitates can inhibit excessive grain growth during processing operations, such as reheating before hot rolling. By reducing the austenite grain size, the toughness can be improved, after accelerated cooling or tempering, due to the reduction in the size of the martensite / bainite packaging.

[0030] As propriedades mecânicas e a microestrutura da composição de aço podem ser ainda influenciadas por tratamentos térmicos, após laminação a quente. Em uma concretização, as composições de aço podem ser resfriadas em ar a taxas inferiores a cerca de 1°C/s, após laminação a quente, e submetidas a reaquecimento na faixa austenítica e têmpera. Em outras concretizações, as composições de aço podem ser resfriadas em ar, após laminação a quente, e submetidas a reaquecimento na faixa austenítica, e têmpera e revenido. Em outras concretizações, as composições de aço podem ser submetidas a resfriamento acelerado, a taxas entre cerca de 5 a 50°C/s, diretamente após laminação a quente.[0030] The mechanical properties and the microstructure of the steel composition can be further influenced by heat treatments, after hot rolling. In one embodiment, the steel compositions can be cooled in air at rates of less than about 1 ° C / s, after hot rolling, and subjected to reheating in the austenitic and tempering range. In other embodiments, the steel compositions can be cooled in air, after hot rolling, and subjected to reheating in the austenitic range, and quenching and tempering. In other embodiments, the steel compositions can be subjected to accelerated cooling, at rates between about 5 to 50 ° C / s, directly after hot rolling.

[0031] Excelentes combinações das propriedades mecânicas podem ser obtidas para as composições processadas dessa maneira, especialmente no caso das composições submetidas a têmpera e revenido. Por exemplo, as amostras submetidas a têmpera e revenido, a cerca de 500°C, podem apresentar tensões de escoamento e resistências à tração de cerca de 814 e 876 MPa (cerca de 118 e 127 ksi), respectivamente, com as energias de impacto medidas na faixa de cerca de 143 - 173 J a cerca de - 60°C.[0031] Excellent combinations of mechanical properties can be obtained for compositions processed in this way, especially in the case of compositions subjected to quenching and tempering. For example, samples subjected to quenching and tempering, at about 500 ° C, can show yield stresses and tensile strengths of about 814 and 876 MPa (about 118 and 127 ksi), respectively, with the impact energies measures in the range of about 143 - 173 J at about - 60 ° C.

[0032] Em outro exemplo, as amostras submetidas a resfriamento acelerado podem apresentar boas energias de impacto, especialmente para as taxas de resfriamento de cerca de 10 - 20°C/s. Por exemplo, energias de impacto superiores a cerca de 220 J são observadas para temperaturas iguais ou superiores a - 20°C. Essas e outras vantagens das concretizações descritas são discutidas em detalhes abaixo.[0032] In another example, samples subjected to accelerated cooling can have good impact energies, especially for cooling rates of around 10 - 20 ° C / s. For example, impact energies greater than about 220 J are observed for temperatures of - 20 ° C or more. These and other advantages of the described embodiments are discussed in detail below.

[0033] A Figura 1 ilustra uma concretização de um método 100 de produção de aços de boro-titânio (B/Ti). Em certas concretizações, as composições podem ser produzidas na forma de tubos. O método 100 da Figura 1 inclui operações de fundição de aço nos blocos 110, 112 e 114, referidas coletivamente como as operações de fundição de aço 102, as operações de formação de aço nos blocos 116, 120, 122 e 124, referidas coletivamente como as operações de formação de aço 104, e as operações de tratamento térmico de aço nos blocos 126 e 128, referidas coletivamente como as operações de tratamento térmico 106. Pode-se considerar que, em algumas concretizações, uma ou mais das operações de tratamento térmico podem ser omitidas, parcial ou totalmente, se necessário.[0033] Figure 1 illustrates an embodiment of a method 100 of production of boron-titanium (B / Ti) steels. In certain embodiments, the compositions can be produced in the form of tubes. Method 100 in Figure 1 includes steel smelting operations in blocks 110, 112 and 114, collectively referred to as steel smelting operations 102, steel forming operations in blocks 116, 120, 122 and 124, referred to collectively as the steel forming operations 104, and the steel heat treatment operations in blocks 126 and 128, collectively referred to as the heat treatment operations 106. It can be considered that, in some embodiments, one or more of the heat treatment operations can be omitted, partially or totally, if necessary.

[0034] O aço de B/Ti é fundido do estado em fusão, durante as operações de fundição de aço 102. Em certas concretizações, as operações de fundição de aço 102 podem compreender operações de fundição contínuas. Por exemplo, as operações de fundição de aço 102 podem incluir fusão / purificação de ferro 110, tratamentos em panela de fundição 112, e fundição contínua 114, como são conhecidas na técnica.[0034] B / Ti steel is melted from the molten state during steel casting operations 102. In certain embodiments, steel casting operations 102 may comprise continuous casting operations. For example, steel smelting operations 102 may include iron melting / purification 110, melting pot treatments 112, and continuous smelting 114, as are known in the art.

[0035] Em uma concretização, o aço pode compreender elementos nas faixas de concentração listadas abaixo na Tabela 1, em que as concentrações são proporcionadas em porcentagem em peso (% p/p), com base no peso total da composição de aço, a menos que indicado de outro modo. Tabela 1 - Composição de aço

[0035] In one embodiment, steel may comprise elements in the concentration ranges listed below in Table 1, where concentrations are provided in weight percent (% w / w), based on the total weight of the steel composition, the unless otherwise indicated. Table 1 - Steel composition

[0036] A concentração dos elementos pode ser selecionada ainda de modo que a equivalência de carbono, CEPcm, da composição seja inferior a cerca de 0,22, em que a CEPcm é calculada de acordo com:

em que a concentração de cada elemento é proporcionada em % p/p.[0036] The concentration of the elements can also be selected so that the carbon equivalence, CEPcm, of the composition is less than about 0.22, where CEPcm is calculated according to:

wherein the concentration of each element is provided in% w / w.

[0037] Como ilustrado na Tabela 1, o aço fundido pode compreender uma liga de aço de boro-titânio, incluindo não apenas carbono (C), boro (B) e titânio (Ti), mas um ou mais de manganês (Mn), silício (Si), níquel (Ni), cromo (Cr), molibdênio (Mo), vanádio (V) e nióbio (Nb). Impurezas de enxofre (S), fósforo (P), cobre (Cu) e nitrogênio (N) podem também estar presentes, embora, a concentração dessas impurezas em uma concretização seja preferivelmente reduzida a uma proporção a mais baixa possível.[0037] As shown in Table 1, molten steel can comprise an alloy of boron-titanium steel, including not only carbon (C), boron (B) and titanium (Ti), but one or more of manganese (Mn) , silicon (Si), nickel (Ni), chromium (Cr), molybdenum (Mo), vanadium (V) and niobium (Nb). Sulfur (S), phosphorus (P), copper (Cu) and nitrogen (N) impurities may also be present, although the concentration of these impurities in one embodiment is preferably reduced to the lowest possible ratio.

[0038] O C é um elemento cuja adição aumenta, economicamente, a resistência mecânica do aço. Se o teor de C for inferior a 0,04%, pode ser, em algumas concretizações, difícil obter a resistência mecânica desejada na composição. Por outro lado, em outras concretizações, se o aço tiver um teor de C superior a cerca de 0,12 % p/p, a tenacidade e a soldabilidade podem ser influenciadas adversamente. Portanto, em uma concretização, o teor de C pode variar entre cerca de 0,04 a 0,12 % p/p. Em outras concretizações, o teor de C pode variar entre cerca de 0,04 a 0,08 % p/p. Esta faixa de C mais baixa pode permitir que composições sejam produzidas, opcionalmente, sem revenido, (isto é, na condição temperada), enquanto ainda atingindo uma boa tenacidade.[0038] C is an element whose addition economically increases the mechanical strength of steel. If the C content is less than 0.04%, it may be difficult to obtain the desired mechanical strength in the composition in some embodiments. On the other hand, in other embodiments, if the steel has a C content greater than about 0.12% w / w, toughness and weldability may be adversely influenced. Therefore, in one embodiment, the C content can vary between about 0.04 to 0.12% w / w. In other embodiments, the C content can vary between about 0.04 to 0.08% w / w. This lower C range can allow compositions to be produced, optionally, without tempering (that is, in the tempered condition), while still achieving good toughness.

[0039] O B é um elemento cuja adição é efetiva em aumentar a temperabilidade do aço. Por exemplo, B pode aperfeiçoar a temperabilidade, por meio da inibição da formação de ferrita. Se o teor de B for inferior a cerca de 0,0005 % p/p em algumas concretizações, pode ser difícil obter a temperabilidade desejada do aço. No entanto, se o teor de B for muito alto, em outras concretizações, partículas de boro grosseiras podem ser formadas nos limites dos grãos, afetando, adversamente, a tenacidade. Consequentemente, em uma concretização, a concentração de B na composição pode variar entre cerca de 0,0005 e 0,003 % p/p. Em outras concretizações, a concentração de B na composição pode variar entre cerca de 0,0005 e 0,002 % p/p. Pelo menos uma parte do B na composição pode ficar no seu estado elementar, livre em solução sólida.[0039] B is an element whose addition is effective in increasing the hardenability of steel. For example, B can improve the hardenability, by inhibiting the formation of ferrite. If the B content is less than about 0.0005% w / w in some embodiments, it may be difficult to obtain the desired hardenability of the steel. However, if the B content is too high, in other embodiments, coarse boron particles can be formed at the grain boundaries, adversely affecting toughness. Consequently, in one embodiment, the concentration of B in the composition can vary between about 0.0005 and 0.003% w / w. In other embodiments, the concentration of B in the composition can vary between about 0.0005 and 0.002% w / w. At least part of the B in the composition can remain in its elemental state, free in solid solution.

[0040] O Si é um elemento cuja adição tem um efeito desoxidante, durante o processo de produção de aço, e também aumenta a resistência mecânica do aço. Se o teor de Si for muito baixo, em algumas concretizações, o aço pode ser suscetível a oxidação, com um alto nível de microinclusões. Por outro lado, todavia, se o teor de Si do aço for muito alto, em algumas concretizações, ambas a tenacidade e a plasticidade do aço podem diminuir. Portanto, em certas concretizações da composição, a concentração de Si pode variar entre cerca de 0,05 e 0,3 % p/p.[0040] Si is an element whose addition has a deoxidizing effect, during the steel production process, and also increases the mechanical strength of the steel. If the Si content is too low, in some embodiments, the steel may be susceptible to oxidation, with a high level of microinclusions. On the other hand, however, if the Si content of the steel is very high, in some embodiments, both the toughness and plasticity of the steel can decrease. Therefore, in certain embodiments of the composition, the Si concentration can vary between about 0.05 and 0.3% w / w.

[0041] O Mn e o Cr são elementos que podem ser empregados em combinação com B, Mo e Ni, para aumentar a temperabilidade. Por exemplo, essas adições de elementos de liga podem auxiliar na inibição da formação de ferrita e perlita, a partir da austenita, durante o resfriamento. Podem ainda propiciar a temperatura inicial bainítica, aperfeiçoando o refino microestrutural. O Mn pode proporcionar adicionalmente o endurecimento em solução sólida. Em certas concretizações, a concentração de Mn pode variar entre cerca de 0,6 e 1,6 % p/p. Em outras concretizações, o Cr pode ser omitido da composição. Em outras concretizações, a concentração de Cr pode variar até cerca de 0,5 % p/p.[0041] Mn and Cr are elements that can be used in combination with B, Mo and Ni, to increase temperability. For example, these additions of alloying elements can assist in inhibiting the formation of ferrite and perlite from austenite during cooling. They can also provide the initial bainitic temperature, improving the microstructural refining. Mn can additionally provide hardening in solid solution. In certain embodiments, the Mn concentration can vary between about 0.6 and 1.6% w / w. In other embodiments, Cr can be omitted from the composition. In other embodiments, the Cr concentration can vary up to about 0.5% w / w.

[0042] O Mo é um elemento usado para aumentar a temperabilidade da composição de aço. As adições de elementos de liga de Mo podem também reduzir a segregação de fósforo nos limites dos grãos, aperfeiçoando a resistência para a fratura intergranular. O Mo pode ainda melhorar os efeitos de temperabilidade do B. Em certas concretizações, o Mo pode ser omitido da composição. Em outras concretizações, a concentração de Mo pode variar até cerca de 0,5 % p/p.[0042] Mo is an element used to increase the hardenability of the steel composition. Additions of Mo alloy elements can also reduce phosphorus segregation at the grain boundaries, improving the resistance to intergranular fracture. Mo can also improve the temperability effects of B. In certain embodiments, Mo can be omitted from the composition. In other embodiments, the Mo concentration can vary up to about 0.5% w / w.

[0043] O Ni é um elemento de adição de liga, que pode aumentar a temperabilidade e aperfeiçoar a tenacidade. Em certas concretizações, o Ni pode ser omitido da composição. Em outras concretizações, a concentração de Ni pode variar até cerca de 0,5 % p/p.[0043] Ni is an alloying element that can increase hardenability and improve toughness. In certain embodiments, Ni can be omitted from the composition. In other embodiments, the Ni concentration can vary up to about 0.5% w / w.

[0044] O Ti é um elemento cuja adição é efetiva em aumentar a eficiência de B no aço, por fixação de impurezas de nitrogênio, como TiN, e inibir a formação de nitretos de boro. Se o teor de Ti for muito baixo, pode ser difícil, em algumas concretizações, obter o efeito desejado de temperabilidade do boro. Em uma concretização, se o teor de Ti for mais alto do que cerca de 0,03 % p/p, podem ser formados TiN e TiC grosseiros, afetando adversamente a ductilidade e a tenacidade a quente. Consequentemente, em certas concretizações, a concentração de Ti pode variar entre cerca de 0,01 e 0,03 % p/p.[0044] Ti is an element whose addition is effective in increasing the efficiency of B in steel, by fixing nitrogen impurities, such as TiN, and inhibiting the formation of boron nitrides. If the Ti content is too low, it may be difficult, in some embodiments, to achieve the desired temperability effect of boron. In one embodiment, if the Ti content is higher than about 0.03% w / w, coarse TiN and TiC can be formed, adversely affecting ductility and hot toughness. Consequently, in certain embodiments, the Ti concentration can vary between about 0.01 and 0.03% w / w.

[0045] Em concretizações alternativas, a concentração de Ti pode ser especificada com base na concentração de N, mantendo uma razão de Ti a N superior a cerca de 3,4 (para concentrações em porcentagem em peso).[0045] In alternative embodiments, the concentration of Ti can be specified based on the concentration of N, maintaining a ratio of Ti to N greater than about 3.4 (for concentrations in percentage by weight).

[0046] Em certas concretizações, substancialmente todo o N presente dentro da composição pode ser na forma de TiN. Em certas concretizações, mais de cerca de 90%, mais de cerca de 92%, mais de cerca de 94%, mais de cerca de 96%, mais de cerca de 98%, e mais de cerca de 99% do teor de N da composição podem estar presentes na forma de TiN. O TiN pode adotar formas, que incluem, mas não são limitadas a, partículas.[0046] In certain embodiments, substantially all of the N present within the composition can be in the form of TiN. In certain embodiments, more than about 90%, more than about 92%, more than about 94%, more than about 96%, more than about 98%, and more than about 99% of the N content of the composition may be present in the form of TiN. TiN can take forms, which include, but are not limited to, particles.

[0047] O Nb é um elemento de adição de liga, que pode ser usado para refinar o tamanho de grão austenítico da composição. O Nb pode ainda melhorar os efeitos do boro na temperabilidade e proporcionar endurecimento por precipitação. Em certas concretizações, o Nb pode ser omitido da composição. Em outras concretizações, a concentração pode variar até cerca de 0,05 % p/p.[0047] Nb is an alloying addition element, which can be used to refine the austenitic grain size of the composition. Nb can also improve the effects of boron on hardenability and provide precipitation hardening. In certain embodiments, Nb can be omitted from the composition. In other embodiments, the concentration can vary up to about 0.05% w / w.

[0048] O V é um elemento de adição de liga, que pode ser empregado para proporcionar endurecimento por precipitação. Em certas concretizações, o V pode ser omitido da composição. Em outras concretizações, a concentração de V pode variar até cerca de 0,15 % p/p.[0048] V is an alloying addition element, which can be used to provide precipitation hardening. In certain embodiments, the V can be omitted from the composition. In other embodiments, the V concentration can vary up to about 0.15% w / w.

[0049] O O é uma impureza que pode estar presente na composição de aço, por exemplo, na forma de óxidos. Na medida em que o teor de oxigênio aumenta, as propriedades influentes podem ser deterioradas. Consequentemente, um teor de oxigênio mais baixo é preferido. Em uma concretização, o limite superior do teor de oxigênio pode ser cerca de 0,0050 % p/p. Em outra concretização, o limite superior de teor de oxigênio é abaixo de cerca de 0,0015 % p/p.[0049] O is an impurity that can be present in the composition of steel, for example, in the form of oxides. As the oxygen content increases, the influential properties can be deteriorated. Consequently, a lower oxygen content is preferred. In one embodiment, the upper limit of the oxygen content can be about 0.0050% w / w. In another embodiment, the upper oxygen content limit is below about 0.0015% w / w.

[0050] O Cu não é necessário nas concretizações da composição de aço, mas pode estar presente. Em algumas concretizações, dependendo do processo de manufatura, a presença de Cu pode ser inevitável. Depois, em uma concretização, o teor de Cu máximo pode ser cerca de 0,10 % p/p ou inferior.[0050] Cu is not necessary in the steel composition embodiments, but it can be present. In some embodiments, depending on the manufacturing process, the presence of Cu may be inevitable. Then, in one embodiment, the maximum Cu content can be about 0.10% w / w or less.

[0051] S, P, Ca, N e assemelhados são impurezas, e a concentração deles é mantida, de preferência, a mais baixa possível. Em certas concretizações, a concentração de cada um de S, P, Ca e N pode ser proporcionada independentemente, de modo que: a de S não seja superior a 0,005 % p/p; a de P não seja superior a cerca de 0,015 % p/p; a de Ca não seja superior a cerca de 0,003 % p/p, e a de N não seja superior a cerca de 0,008 % p/p. Em concretizações alternativas, a concentração de cada um de S, P, Ca e N pode ser proporcionada independentemente, de modo que: a de S não seja superior a 0,003 % p/p; a de P não seja superior a cerca de 0,015 % p/p; a de Ca não seja superior a cerca de 0,002 % p/p, e a de N não seja superior a cerca de 0,006 % p/p.[0051] S, P, Ca, N and the like are impurities, and their concentration is preferably kept as low as possible. In certain embodiments, the concentration of each of S, P, Ca and N can be provided independently, so that: that of S is not greater than 0.005% w / w; that of P is not more than about 0.015% w / w; that of Ca is not greater than about 0.003% w / w, and that of N is not greater than about 0.008% w / w. In alternative embodiments, the concentration of each of S, P, Ca and N can be provided independently, so that: that of S is not greater than 0.003% w / w; that of P is not more than about 0.015% w / w; that of Ca is not greater than about 0.002% w / w, and that of N is not greater than about 0.006% w / w.

[0052] O aço líquido pode ser fundido continuamente na operação de fundição de aço 114. Em certas concretizações, o aço líquido pode ser fundido em um vergalhão, embora deva-se entender que outras formas podem ser fundidas. Em particular, a taxa de resfriamento do vergalhão fundido pode ser selecionada de modo a proporcionar controle em relação ao tamanho dos precipitados de TiN, que se formam durante a solidificação. Em certas concretizações, para inibir a formação de partículas grosseiras dos precipitados de TiN, a taxa de resfriamento, durante a fundição, pode ser mantida a uma taxa selecionada. Em certas concretizações, a taxa de resfriamento pode ser selecionada de modo que o tamanho dos precipitados de TiN seja menor que cerca de 50 nm. Em uma concretização, a taxa de resfriamento da fundição pode ser mantida a uma taxa superior a cerca de 5°C/min, em torno do centro do vergalhão. Em outras concretizações, a taxa de resfriamento pode ser mantida a uma taxa superior a cerca de 10°C/min, em torno do centro do vergalhão. Em outras concretizações, a taxa de resfriamento pode ser mantida a uma taxa superior a cerca de 20°C/min, em torno do centro do vergalhão. Em concretizações adicionais, a taxa de resfriamento pode ser mantida a uma taxa superior a cerca de 30°C/min, em torno do centro do vergalhão.[0052] Liquid steel can be melted continuously in the steel casting operation 114. In certain embodiments, liquid steel can be melted into a rebar, although it should be understood that other shapes can be melted. In particular, the cooling rate of the molten rebar can be selected in order to provide control over the size of the TiN precipitates, which form during solidification. In certain embodiments, to inhibit the formation of coarse particles from the TiN precipitates, the cooling rate during casting can be maintained at a selected rate. In certain embodiments, the cooling rate can be selected so that the size of the TiN precipitates is less than about 50 nm. In one embodiment, the cooling rate of the foundry can be maintained at a rate greater than about 5 ° C / min, around the center of the rebar. In other embodiments, the cooling rate can be maintained at a rate greater than about 10 ° C / min, around the center of the rebar. In other embodiments, the cooling rate can be maintained at a rate greater than about 20 ° C / min, around the center of the rebar. In additional embodiments, the cooling rate can be maintained at a rate greater than about 30 ° C / min, around the center of the rebar.

[0053] Em uma concretização, o vergalhão assim fabricado pode ser formado subsequentemente em uma barra tubular ou tubo, nas operações de formação de aço 104, e, mais particularmente, pode ser formado em um tubo sem costura. Um vergalhão substancialmente cilíndrico, sólido de aço pode ser submetido a uma primeira operação de reaquecimento (bloco 116) para faixa austenítica, até uma temperatura de cerca de 1.200°C a 1.300°C, de preferência, 1.250°C. Nos blocos 120 e 122, o vergalhão pode ser ainda perfurado, em certas concretizações preferidas, utilizando o processo Mannesmann, a temperaturas variando entre cerca de 1.100 a 1.200°C, e, subsequentemente, laminado a quente a temperaturas variando entre cerca de 900 e 1.100°C.[0053] In one embodiment, the rebar so manufactured can subsequently be formed into a tubular bar or tube, in steel forming operations 104, and, more particularly, can be formed into a seamless tube. A substantially cylindrical, solid steel rebar can be subjected to a first reheat operation (block 116) for the austenitic range, up to a temperature of about 1,200 ° C to 1,300 ° C, preferably 1,250 ° C. In blocks 120 and 122, the rebar can also be drilled, in certain preferred embodiments, using the Mannesmann process, at temperatures ranging from about 1,100 to 1,200 ° C, and subsequently hot rolled at temperatures ranging from about 900 to 1,100 ° C.

[0054] Vantajosamente, o tubo de aço laminado a quente sem costura pode possuir uma espessura de parede aproximadamente uniforme, tanto circunferencialmente em torno do tubo, quanto longitudinalmente ao longo do eixo do tubo. Em um exemplo, os tubos formados podem possuir um diâmetro externo variando entre cerca de 60 e 273 mm e uma espessura de parede variando entre cerca de 6 e 25 mm. Em outro exemplo, uma barra sólida, possuindo um diâmetro externo de cerca de 290 mm, pode ser laminada a quente, dessa maneira, em um tubo possuindo um diâmetro externo de cerca de 244,5 mm e uma espessura de parede de cerca de 16 mm.[0054] Advantageously, the seamless hot-rolled steel tube can have an approximately uniform wall thickness, both circumferentially around the tube, and longitudinally along the tube axis. In one example, the tubes formed may have an outside diameter ranging between about 60 and 273 mm and a wall thickness ranging between about 6 and 25 mm. In another example, a solid bar, having an outside diameter of about 290 mm, can be hot rolled, in this way, in a tube having an outside diameter of about 244.5 mm and a wall thickness of about 16 mm.

[0055] Durante a laminação a quente, a redução da área da seção transversal, experimentada pelo tubo, pode proporcionar uma microestrutura refinada. Uma microestrutura refinada propicia, vantajosamente, a obtenção das propriedades mecânicas desejadas dentro do tubo fabricado. O tubo laminado a quente sem costura, assim manufaturado, pode ser depois resfriado à temperatura ambiente. Em certas concretizações, o tamanho de grão austenítico do aço, após laminação a quente e antes da transformação, pode variar entre cerca de 10 e 50 μm. Em outras concretizações, o tamanho de grão austenítico do aço, após laminação a quente e antes da transformação, pode variar entre cerca de 20 e 50 μm.[0055] During hot rolling, the reduction of the cross-sectional area, experienced by the tube, can provide a refined microstructure. A refined microstructure advantageously provides the desired mechanical properties within the manufactured tube. The seamless hot-rolled tube, thus manufactured, can then be cooled to room temperature. In certain embodiments, the austenitic grain size of the steel, after hot rolling and before processing, can vary between about 10 and 50 μm. In other embodiments, the austenitic grain size of the steel, after hot rolling and before processing, can vary between about 20 and 50 μm.

[0056] Vantajosamente, esse grau de refino austenítico pode permitir que composições selecionadas atinjam um bom equilíbrio de resistência mecânica e tenacidade, após resfriamento acelerado da temperatura de laminação de acabamento, sem a necessidade para tratamento térmico subsequente, tal como por têmpera ou têmpera e revenido. Em outras concretizações, esse grau de refino austenítico pode permitir que composições tendo elevadas concentrações de carbono atinjam um bom equilíbrio de resistência mecânica e tenacidade, quando submetidas a tratamentos térmicos, tais como têmpera e revenido.[0056] Advantageously, this degree of austenitic refining can allow selected compositions to achieve a good balance of mechanical strength and toughness, after accelerated cooling of the finishing laminating temperature, without the need for subsequent heat treatment, such as by quenching or tempering and tempering. In other embodiments, this degree of austenitic refining can allow compositions having high concentrations of carbon to achieve a good balance of mechanical strength and toughness when subjected to heat treatments, such as tempering and tempering.

[0057] As concretizações da composição podem ser resfriadas da laminação a quente por resfriamento com ar ou resfriamento acelerado no bloco 124. Quando do resfriamento do ar, taxas de resfriamento inferiores a cerca de 1°C/s podem ser obtidas com espessura de parede superior a cerca de 8 mm. Os tratamentos térmicos subsequentes podem ser também empregados para aperfeiçoar a resistência mecânica e a tenacidade da composição de aço.[0057] Compositions of the composition can be cooled from hot lamination by air cooling or accelerated cooling in block 124. When air cooling, cooling rates below about 1 ° C / s can be obtained with wall thickness more than about 8 mm. Subsequent heat treatments can also be used to improve the mechanical strength and toughness of the steel composition.

[0058] Quando da execução de resfriamento acelerado, o resfriamento pode ser conduzido diretamente da laminação a quente, sem uma etapa de resfriamento intermediária, à temperatura ambiente (bloco 124). Vários dispositivos podem ser usados para obter taxas de resfriamento superiores àquela correspondente ao resfriamento com ar natural, mas não limitadas a, escoamento de ar forçado, aspersões de água, e aspersões de mistura de ar e água. O fluxo do refrigerante pode ser dirigido à parede externa do tubo, ou às paredes interna e externa do tubo, para aperfeiçoar a homogeneidade da microestrutura. Em certas concretizações, por uso das alternativas de resfriamento mencionadas acima, taxas de resfriamento variando entre cerca de 5 e 50°C/s podem ser obtidas por meio de resfriamento acelerado. Em outras concretizações, taxas de resfriamento variando entre cerca de 10 e 50°C/s podem ser empregadas. Em outras concretizações, taxas de resfriamento variando entre cerca de 10 e 20°C/s podem ser empregadas. Em concretizações adicionais, essas taxas de resfriamento podem ser empregadas com tubos de espessura de parede entre cerca de 8 mm e 25 mm.[0058] When performing accelerated cooling, cooling can be conducted directly from the hot rolling mill, without an intermediate cooling step, at room temperature (block 124). Various devices can be used to obtain cooling rates higher than that corresponding to cooling with natural air, but not limited to forced air flow, water spray, and air and water mixture spray. The flow of the refrigerant can be directed to the outer wall of the tube, or to the inner and outer walls of the tube, to improve the homogeneity of the microstructure. In certain embodiments, by using the cooling alternatives mentioned above, cooling rates ranging between about 5 and 50 ° C / s can be obtained by means of accelerated cooling. In other embodiments, cooling rates ranging between about 10 and 50 ° C / s can be employed. In other embodiments, cooling rates ranging between about 10 and 20 ° C / s can be employed. In additional embodiments, these cooling rates can be employed with tubes with a wall thickness between about 8 mm and 25 mm.

[0059] A formação do tubo laminado a quente pode ser completada por meio de uma pluralidade de etapas de acabamento. Os exemplos não limitantes das etapas de acabamento podem incluir o corte do tubo no comprimento, tais como comprimentos de aproximadamente 8 m a 15 m, descarte das extremidades do tubo, alinhamento do tubo, e teste não destrutivo (por exemplo, teste eletromagnético, teste ultrassônico). Desse modo, uma barra tubular metálica de lados substancialmente retos, tendo uma composição dentro das faixas ilustradas na Tabela 1, pode ser proporcionada.[0059] The formation of the hot rolled tube can be completed through a plurality of finishing steps. Non-limiting examples of finishing steps may include cutting the tube to length, such as lengths of approximately 8 m to 15 m, discarding the ends of the tube, aligning the tube, and non-destructive testing (eg, electromagnetic testing, ultrasonic testing ). In this way, a metal tubular bar with substantially straight sides, having a composition within the ranges shown in Table 1, can be provided.

[0060] Uma ou mais das operações de tratamento térmico 106 podem ser executadas opcionalmente no tubo, após as operações de formação 104. Em uma concretização, a têmpera pode ser conduzida no bloco 126. Por exemplo, a composição pode ser reaquecida por uma segunda vez na faixa austenítica, antes da têmpera, a temperaturas superiores a cerca de Ae3 (por exemplo, cerca de 870 - 950°C) . Os tempos de uniformização na temperatura máxima podem variar entre cerca de 5 e 30 minutos. A têmpera pode ser ainda conduzida com aspersões de água, para resfriar a composição de cerca da temperatura máxima a cerca da temperatura ambiente.[0060] One or more of the heat treatment operations 106 can optionally be performed on the tube, after forming operations 104. In one embodiment, the quench can be conducted on block 126. For example, the composition can be reheated for a second time in the austenitic range, before quenching, at temperatures above about Ae3 (for example, about 870 - 950 ° C). Uniformity times at maximum temperature can vary between about 5 and 30 minutes. Quenching can also be carried out by spraying water to cool the composition from about the maximum temperature to about room temperature.

[0061] Em outras concretizações, o revenido pode ser ainda conduzido nas composições temperadas no bloco 128. O revenido pode ser conduzido por aquecimento a temperaturas variando entre cerca de 400 e 700°C, mantendo-se a temperatura de revenido por uma duração selecionada, e resfriamento com ar da temperatura de revenido a cerca da temperatura ambiente. As composições podem ser mantidas na temperatura de revenido por entre cerca de 10 e 60 minutos.[0061] In other embodiments, tempering can also be conducted in the tempered compositions in block 128. The tempering can be conducted by heating at temperatures ranging between about 400 and 700 ° C, maintaining the tempering temperature for a selected duration , and cooling with air from the tempering temperature to about room temperature. The compositions can be kept at the tempering temperature for about 10 to 60 minutes.

Examples

[0062] A manufatura, a microestrutura e as propriedades mecânicas das concretizações de três composições de aço da presente invenção, referidas como as composições 1, 2 e 3, são discutidas nos exemplos apresentados abaixo. Os benefícios de desempenho obtidos dessas composições são discutidos adicionalmente. Deve-se entender que esses exemplos são discutidos para fins ilustrativos e não devem ser considerados como limitando o âmbito das concretizações descritas.[0062] The manufacture, microstructure and mechanical properties of the embodiments of three steel compositions of the present invention, referred to as compositions 1, 2 and 3, are discussed in the examples presented below. The performance benefits obtained from these compositions are discussed further. It should be understood that these examples are discussed for illustrative purposes and should not be considered as limiting the scope of the described embodiments.

[0063] As concentrações dos elementos de liga, presentes nas composições 1, 2 e 3, são ilustradas abaixo na Tabela 2.

CE(Pcm) = [CE(Pcm)=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B][0063] The concentrations of the alloying elements, present in

compositions

1, 2 and 3, are illustrated below in Table 2.

CE (Pcm) = [CE (Pcm) = C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 + 5B]

[0064] A composição 1 foi elaborada para produzir uma estrutura bainítica fina, após resfriamento acelerado da faixa austenítica. Em contraste, a composição 2, tendo o mais alto teor de carbono, foi projetada para uso com resfriamento de ar da laminação a quente, seguida por têmpera e revenido, como discutido acima. Devido ao seu teor de carbono mais alto, o Cr e o Nb estão substancialmente ausentes na composição 2, comparada com as outras composições. Ainda mais, a composição 3, tendo o teor de carbono mais baixo, foi elaborada para obter uma alta resistência mecânica e uma boa tenacidade na condição temperada, sem revenido.[0064] Composition 1 was designed to produce a fine bainitic structure, after accelerated cooling of the austenitic band. In contrast, composition 2, having the highest carbon content, was designed for use with hot-rolled air cooling, followed by quenching and tempering, as discussed above. Due to their higher carbon content, Cr and Nb are substantially absent in composition 2, compared to the other compositions. Furthermore, composition 3, having the lowest carbon content, was designed to obtain high mechanical strength and good toughness in tempered condition, without tempering.

[0065] Os aços tendo as composições 1, 2 e 3 foram fundidos em forno de indução a vácuo de aproximadamente 20 kg, e a eletroescória refundida para diminuir o teor de enxofre. Subsequentemente, as composições 1, 2 e 3 foram fundidas em placas tendo uma espessura de aproximadamente 140 mm e laminadas a quente a uma espessura final de cerca de 16 mm. Durante a laminação a quente, foram empregadas temperaturas de reaquecimento e acabamento de cerca de 1.200 - 1.250°C e 950 - 1.000°C, respectivamente. Todas as placas laminadas a quente foram subsequentemente resfriadas com ar em torno da temperatura ambiente.[0065] The steels having compositions 1, 2 and 3 were melted in a vacuum induction oven of approximately 20 kg, and the electro-slag re-melted to decrease the sulfur content. Subsequently, compositions 1, 2 and 3 were melted into plates having a thickness of approximately 140 mm and hot rolled to a final thickness of about 16 mm. During hot rolling, reheating and finishing temperatures of about 1,200 - 1,250 ° C and 950 - 1,000 ° C, respectively, were used. All hot-rolled plates were subsequently cooled with air around room temperature.

[0066] A composição laminada a quente 1 foi submetida a uma das seguintes sequências de processamento pós-laminação: a) reaquecimento na faixa austenítica a temperaturas em torno de 900 - 950°C, seguida por têmpera; b) reaquecimento na faixa austenítica a temperaturas em torno de 900 - 950°C, seguida por têmpera e revenido; e c) reaquecimento na faixa austenítica a temperaturas em torno de 920 - 950°C, seguida por revestimento acelerado.[0066] The hot-rolled composition 1 was subjected to one of the following post-lamination processing sequences: a) reheating in the austenitic range at temperatures around 900 - 950 ° C, followed by tempering; b) reheating in the austenitic range at temperatures around 900 - 950 ° C, followed by quenching and tempering; and c) reheating in the austenitic range at temperatures around 920 - 950 ° C, followed by accelerated coating.

[0067] A têmpera foi conduzida em água, de uma temperatura de cerca de 900 - 950°C a cerca da temperatura ambiente, usando agitação moderada. Quando operações de revenido também foram conduzidas, a composição foi aquecida entre cerca de 300 e 450°C, com um tempo de uniformização de cerca de uma hora.[0067] The quench was conducted in water, from a temperature of about 900 - 950 ° C at about room temperature, using moderate agitation. When tempering operations were also conducted, the composition was heated between about 300 and 450 ° C, with a uniform time of about one hour.

[0068] O resfriamento acelerado foi conduzido por resfriamento da composição em uma mistura de ar e água, a partir da temperatura de reaquecimento de cerca de 900 - 950°C, a cerca da temperatura ambiente, a taxas de resfriamento variando entre cerca de 5 e 45°C/s. A temperatura de reaquecimento, antes do resfriamento acelerado, foi selecionada para ter uma microestrutura austenítica, representativa daquela obtida industrialmente na saída do laminador a quente. O tratamento térmico completo foi conduzido por uso de um simulador termomecânico Gleeble 3500.[0068] The accelerated cooling was conducted by cooling the composition in a mixture of air and water, from the reheating temperature of about 900 - 950 ° C, at about room temperature, at cooling rates varying between about 5 and 45 ° C / s. The reheat temperature, before accelerated cooling, was selected to have an austenitic microstructure, representative of that obtained industrially at the exit of the hot rolling mill. The complete heat treatment was carried out using a Gleeble 3500 thermomechanical simulator.

[0069] As composições 2 e 3 laminadas a quente foram submetidas a uma das duas sequências de processamento de pós- laminação: d) reaquecimento na faixa austenítica seguida por têmpera; e e) reaquecimento na faixa austenítica seguida por têmpera e revenido.[0069] The hot-rolled compositions 2 and 3 were subjected to one of two post-lamination processing sequences: d) reheating in the austenitic range followed by quenching; and e) reheating in the austenitic range followed by quenching and tempering.

[0070] A têmpera foi conduzida por aquecimento da composição a uma temperatura de cerca de 925°C (composição 2) ou cerca de 930°C (composição 3), com um tempo de uniformização de cerca de 10 min. O resfriamento foi conduzido em água da temperatura de têmpera a cerca da temperatura ambiente, usando agitação moderada. Quando a têmpera foi conduzida, a composição foi aquecida a temperaturas variando entre 400 e 700°C, com um tempo de uniformização na temperatura máxima de cerca de 30 minutos.[0070] Quenching was carried out by heating the composition to a temperature of about 925 ° C (composition 2) or about 930 ° C (composition 3), with a uniform time of about 10 min. Cooling was carried out in water from quench temperature to about room temperature, using moderate agitation. When the quench was conducted, the composition was heated to temperatures ranging between 400 and 700 ° C, with a uniformization time at the maximum temperature of about 30 minutes.

[0071] Para cada composição, testes dilatométricos foram conduzidos por uso de um simulador termomecânico Gleeble 3500, para avaliar o comportamento de transformação por resfriamento contínuo (CCT). As composições 1, 2 e 3 foram reaquecidas a cerca de 5°C/s a cerca de 920°C, 925°C e 930°C, respectivamente, com um tempo de uniformização de cerca de 10 min na temperatura máxima. As temperaturas de austenização foram selecionadas para serem aproximadamente 20 - 30°C acima da temperatura Ac3 correspondente às respectivas composições. As taxas de resfriamento variando entre cerca de 0,5 e 50°C/s foram examinadas na composição 1, e as taxas de resfriamento variando entre cerca de 0,2 e 50°C/s foram examinadas nas composições 2 e 3. As microestruturas resultantes foram caracterizadas ainda por uso de microscopia eletrônica de varredura e óptica.[0071] For each composition, dilatometric tests were conducted using a Gleeble 3500 thermomechanical simulator, to evaluate the transformation behavior by continuous cooling (CCT). Compositions 1, 2 and 3 were reheated at about 5 ° C / s to about 920 ° C, 925 ° C and 930 ° C, respectively, with a uniform time of about 10 min at maximum temperature. The austenization temperatures were selected to be approximately 20 - 30 ° C above the Ac3 temperature corresponding to the respective compositions. Cooling rates ranging from about 0.5 to 50 ° C / s were examined in composition 1, and cooling rates ranging from about 0.2 to 50 ° C / s were examined in compositions 2 and 3. The The resulting microstructures were further characterized by the use of scanning and optical electron microscopy.

[0072] As propriedades mecânicas das composições assim produzidas foram avaliadas ainda mais por meio de testes mecânicos, incluindo um ou mais ensaio de tração, ensaio de dureza e ensaio Charpy. Em cada caso, as amostras para tração e as amostras para Charpy de tamanho integral foram tiradas na direção transversal. O ensaio de tração foi conduzido de acordo com o padrão ASTM E8, "Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials", cuja totalidade é incorporada no presente relatório descritivo por referência, e os resultados indicados são uma média de duas amostras.[0072] The mechanical properties of the compositions thus produced were further evaluated by means of mechanical tests, including one or more tensile test, hardness test and Charpy test. In each case, the samples for traction and the samples for Charpy of full size were taken in the transversal direction. The tensile test was conducted according to the ASTM E8 standard, "Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials", the entirety of which is incorporated in this specification by reference, and the results indicated are an average of two samples.

[0073] Os testes Charpy foram conduzidos de acordo com a norma ASTM E23, "Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials", cuja totalidade é incorporada no presente relatório descritivo por referência, e os resultados indicados são uma média de duas ou três amostras. Os ensaios de impacto foram conduzidos na composição 1, a temperaturas de cerca de -20°C, 0°C e temperatura ambiente, enquanto que os ensaios de impacto foram conduzidos nas composições 2 e 3, a temperaturas de cerca de -60°C, -40°C, -20°C, 0°C e temperatura ambiente.[0073] Charpy tests were conducted according to the ASTM E23 standard, "Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials", all of which are incorporated into this specification by reference, and the results indicated are an average of two or three samples. Impact tests were conducted on composition 1, at temperatures of about -20 ° C, 0 ° C and room temperature, while impact tests were conducted on compositions 2 and 3, at temperatures of about -60 ° C , -40 ° C, -20 ° C, 0 ° C and room temperature.

[0074] Os ensaios de dureza foram conduzidos de acordo com a norma ASTM E92, "Standard Test Methods for Vickers Hardness of Metallic Materials", cuja totalidade é incorporada no presente relatório descritivo por referência.[0074] The hardness tests were conducted according to the ASTM E92 standard, "Standard Test Methods for Vickers Hardness of Metallic Materials", the entirety of which is incorporated in this specification by reference.

[0075] Exemplo 1 - Comportamento por Transformação por Resfriamento Contínuo (CCT) e avaliação microestrutural da composição 1, para taxas de resfriamento entre cerca de 0,5 e 50°C/s[0075] Example 1 - Behavior by Continuous Cooling Transformation (CCT) and microstructural evaluation of composition 1, for cooling rates between about 0.5 and 50 ° C / s

[0076] O diagrama CCT, derivado de medidas dilatométricas da composição 1, é mostrado na Figura 2. São ilustrados na Figura 2 traços de temperatura em função da taxa de resfriamento para as transformações de cerca de 5%", 20%, 50%, 80% e 95%. Devido à condição de reaquecimento, cerca de 920°C por cerca de 10 min, o tamanho de grão austenítico, antes da transformação, foi estimado como sendo cerca de 10 - 20 μm, com base na amostra resfriada a cerca de 50°C/s.[0076] The CCT diagram, derived from dilatometric measurements of composition 1, is shown in Figure 2. Temperature traces are illustrated in Figure 2 as a function of the cooling rate for transformations of about 5% ", 20%, 50% , 80% and 95% Due to the reheating condition, at about 920 ° C for about 10 min, the austenitic grain size, before transformation, was estimated to be about 10 - 20 μm, based on the chilled sample at about 50 ° C / s.

[0077] No diagrama CCT da Figura 2, duas regiões de transformação podem ser observadas, correspondentes a taxas de resfriamento inferiores e superiores a cerca de 5°C/s. Para taxas de resfriamento inferiores a cerca de 5°C/s, a transformação de fase é observada para começar em torno de 550 - 600°C. A microestrutura resultante sob essas condições foi basicamente bainítica, com alguma austenita mantida, como ilustrado nas micrografias correspondentes às taxas de resfriamento de cerca de 2°C/s e 5°C/s na Figura 3. Sob taxas de resfriamento superiores a cerca de 5°C/s, a temperatura de transformação inicial foi diminuída a cerca de 450°C, que é próxima da temperatura de transformação de martensita calculada, de acordo com a expressão de Andrews, em torno de 452°C. A microestrutura observada sob essas condições foi de novo basicamente bainítica, como ilustrado nas micrografias correspondentes a taxas de resfriamento de cerca de 10°C/s e 20°C/s na Figura 3. Significativamente, a estrutura bainítica era mais fina e substancialmente sem as regiões marcadas de austenita retida.[0077] In the CCT diagram of Figure 2, two regions of transformation can be observed, corresponding to cooling rates lower and higher than about 5 ° C / s. For cooling rates below about 5 ° C / s, the phase transformation is observed to start at around 550 - 600 ° C. The resulting microstructure under these conditions was basically bainitic, with some austenite maintained, as illustrated in the micrographs corresponding to the cooling rates of about 2 ° C / s and 5 ° C / s in Figure 3. Under cooling rates greater than about 5 ° C / s, the initial transformation temperature was lowered to about 450 ° C, which is close to the calculated martensite transformation temperature, according to Andrews' expression, around 452 ° C. The microstructure observed under these conditions was again basically bainitic, as illustrated in the micrographs corresponding to cooling rates of about 10 ° C / s and 20 ° C / s in Figure 3. Significantly, the bainite structure was thinner and substantially without the marked regions of retained austenite.

[0078] As medidas de dureza para a composição 1, após resfriamento a diferentes taxas (0,5 - 50°C/s), são também ilustradas no diagrama CCT da Figura 2. Pode-se observar que as faixas de dureza entre cerca de 262 Hv, para taxas de resfriamento de cerca de 2°C/s, superiores a cerca de 340 Hv, para taxas de resfriamento de cerca de 50°C.[0078] The hardness measurements for composition 1, after cooling at different rates (0.5 - 50 ° C / s), are also illustrated in the CCT diagram in Figure 2. It can be seen that the hardness ranges between about 262 Hv, for cooling rates of about 2 ° C / s, greater than about 340 Hv, for cooling rates of about 50 ° C.

[0079] Espera-se ainda, com base no alto nível de dureza medida a taxas de resfriamento de cerca de 50°C/s, que algumas regiões martensíticas pequenas possam aparecer a taxas de resfriamento próximas e acima de cerca de 50°C/s. Deve-se notar, no entanto, que substancialmente nenhuma região martensítica grande foi observada na microestrutura correspondente à amostra resfriada a cerca de 50°C. Exemplo 2 - Avaliação de tenacidade da composição 1 - condição de resfriamento acelerado[0079] It is also expected, based on the high level of hardness measured at cooling rates of around 50 ° C / s, that some small martensitic regions may appear at cooling rates close to and above about 50 ° C / s. It should be noted, however, that substantially no large martensitic region was observed in the microstructure corresponding to the sample cooled to about 50 ° C. Example 2 - Composition tenacity assessment 1 - accelerated cooling condition

[0080] Para estudar as propriedades de impacto da composição 1, sob condições de resfriamento acelerado, vários testes Charpy foram conduzidos por uso dos ciclos térmicos discutidos acima com relação ao diagrama CCT. As amostras preparadas por uso de taxas de resfriamento de cerca de 5°C/s, 10°C/s, 30°C/s e 45°C/s foram examinadas. Os testes Charpy foram conduzidos a temperatura de cerca de 25°C, 0°C e -20°C. Os resultados desses ensaios de impacto são ilustrados na Tabela 3 e nas Figuras 4A e 4B, que representam graficamente de forma complementar a energia de impacto (ranhura em V Charpy, CVN), em função da taxa de resfriamento e da temperatura do ensaio, respectivamente. Tabela 3 - Energia de impacto e dureza da composição 1, após simulações de resfriamento acelerado conduzidas em Gleeble

o ensaio de impacto para amostras resfriadas a cerca de 45°C/s foi conduzido apenas para uma amostra, a uma temperatura de cerca de 25°C.[0080] To study the impact properties of composition 1, under conditions of accelerated cooling, several Charpy tests were conducted using the thermal cycles discussed above with respect to the CCT diagram. Samples prepared using cooling rates of about 5 ° C / s, 10 ° C / s, 30 ° C / s and 45 ° C / s were examined. Charpy tests were conducted at a temperature of about 25 ° C, 0 ° C and -20 ° C. The results of these impact tests are illustrated in Table 3 and Figures 4A and 4B, which graphically represent in a complementary way the impact energy (V Charpy groove, CVN), depending on the cooling rate and the test temperature, respectively . Table 3 - Impact energy and hardness of composition 1, after accelerated cooling simulations conducted in Gleeble

the impact test for samples cooled to about 45 ° C / s was conducted for only one sample, at a temperature of about 25 ° C.

[0081] Examinando-se a Tabela 3 e as Figuras 4A e 4B, pode- se observar que os valores da energia de impacto caíram com o aumento da taxa de resfriamento. Além do mais, pode-se observar que excelentes propriedades de impacto foram obtidas pela gama de todas as taxas de resfriamento estudadas. Por exemplo, as energias de impacto, medidas para as amostras testadas em temperaturas entre cerca de 25°C e -20°C, variaram entre cerca de 335 a 240 J. Além do mais, pode-se notar das Figuras 4A e 4B que os valores de energia de impacto mais altos correspondem às amostras resfriadas a taxas variando entre cerca de 5 a 10°C/s. Não obstante, mesmo a taxas de resfriamento em torno de 30°C/s, os valores de energia de impacto acima de cerca de 220 J foram obtidos a cerca de -20°C. Exemplo 3 - Avaliação mecânica da composição 1 na forma temperada[0081] Looking at Table 3 and Figures 4A and 4B, it can be seen that the impact energy values fell with the increase in the cooling rate. Furthermore, it can be seen that excellent impact properties were obtained by the range of all studied cooling rates. For example, the impact energies, measured for samples tested at temperatures between about 25 ° C and -20 ° C, ranged from about 335 to 240 J. Furthermore, it can be seen from Figures 4A and 4B that the highest impact energy values correspond to samples cooled at rates ranging from about 5 to 10 ° C / s. However, even at cooling rates of around 30 ° C / s, impact energy values above about 220 J were obtained at about -20 ° C. Example 3 - Mechanical evaluation of composition 1 in tempered form

[0082] As propriedades de tração e impacto da composição na condição temperada são ilustradas nas Tabelas 4 e 5. Tabela 4 - Propriedades de tração da composição após tempera

Tabela 5 - Energia de impacto e dureza da composição 1 após Tempera

[0082] The tensile and impact properties of the composition in the temperate condition are illustrated in Tables 4 and 5. Table 4 - Tensile properties of the composition after tempering

Table 5 - Impact energy and hardness of composition 1 after tempering

[0083] Em geral, a composição na forma temperada apresentou aperfeiçoamentos em resistência mecânica e energia de impacto superiores aqueles das amostras laminadas (YS ~ 476 MPa - 69 ksi, UTS ~ 683 MPa - 99 ksi, CVN ~ 6 - 8 J a 25°C - -20°C) . Esses aperfeiçoamentos podem ser atribuídos a um refino geral da microestrutura e ao desaparecimento substancial de grandes regiões austeníticas marcadas.[0083] In general, the composition in the tempered form showed improvements in mechanical strength and impact energy superior to those of the laminated samples (YS ~ 476 MPa - 69 ksi, UTS ~ 683 MPa - 99 ksi, CVN ~ 6 - 8 J to 25 ° C - -20 ° C). These improvements can be attributed to a general refining of the microstructure and to the substantial disappearance of large, marked austenitic regions.

Example 4 - Mechanical evaluation of composition 1 - tempered and tempered a) Hardness

[0084] Para estudar o comportamento de têmpera da composição 1 na condição temperada e revenida, as amostras foram temperadas como discutido acima e revenidas a temperaturas variando entre cerca de 350°C a 440°C, por cerca de 1 hora. Os valores de dureza medidos são ilustrados na Figura 5. Em geral, pode-se observar que a dureza na condição temperada é cerca de 362 Hv, caindo modestamente com a temperatura a cerca de 300 - 400°C para dentro de cerca de 350 a 335 Hv. As amostras revenidas em torno de 440°C apresentaram ainda uma diminuição significativa em dureza, caindo a cerca de 280 ± 20 Hv.[0084] To study the tempering behavior of composition 1 in the tempered and tempered condition, the samples were tempered as discussed above and tempered at temperatures ranging from about 350 ° C to 440 ° C, for about 1 hour. The measured hardness values are illustrated in Figure 5. In general, it can be seen that the hardness in the tempered condition is about 362 Hv, falling modestly with the temperature at about 300 - 400 ° C to within about 350 to 335 Hv. The samples tempered at around 440 ° C also showed a significant decrease in hardness, falling to about 280 ± 20 Hv.

b) Traction and impact properties

[0085] Duas condições revenidas acima de cerca de 400°C, 410°C e 440°C foram selecionadas para uso em placas temperadas grandes o suficiente para a medida de propriedades de tração e impacto. As Tabelas 6 e 7 abaixo resumem os resultados experimentais, juntamente com as medidas comparáveis para as amostras temperadas. Tabela 6 - Propriedades de tração da composição 1

N/A - indisponível Tabela 7 - Energia de impacto da composição 1

N/A - indisponível[0085] Two tempering conditions above about 400 ° C, 410 ° C and 440 ° C were selected for use on tempered slabs large enough to measure tensile and impact properties. Tables 6 and 7 below summarize the experimental results, along with comparable measurements for the tempered samples. Table 6 - Traction properties of composition 1

N / A - unavailable Table 7 - Impact energy of composition 1

N / A - unavailable

[0086] Pode-se observar que uma boa combinação de resistência mecânica e tenacidade foi obtida na condição temperada e revenida. Por exemplo, a tensão de escoamento e a resistência a tração, medidas na condição temperada e revenida, foram cerca de 890 MPa (129 ksi) e cerca de 952 - 973 MPa (138 - 141 ksi), respectivamente. Em contraste, a tensão de escoamento, medida no material temperado, foi menor, em torno de 835 MPa (121 ksi), enquanto que a resistência a tração foi maior, cerca de 1.076 MPa (156 ksi).[0086] It can be seen that a good combination of mechanical strength and toughness was obtained in the tempered and tempered condition. For example, the yield strength and tensile strength, measured in the tempered and tempered condition, were about 890 MPa (129 ksi) and about 952 - 973 MPa (138 - 141 ksi), respectively. In contrast, the yield stress, measured in the tempered material, was lower, around 835 MPa (121 ksi), while the tensile strength was higher, around 1,076 MPa (156 ksi).

[0087] Concorrentemente, verificou-se que as energias de impacto das amostras, na condição temperada e revenida, eram maiores do que aquelas das amostras medidas a temperaturas comparáveis na condição temperada. Por exemplo, em torno de 24°C, as amostras revenidas a 410 - 440°C apresentaram energias de impacto de cerca de 215 e 170 J, respectivamente, enquanto que a energia de impacto do material temperado foi cerca de 150 J. A cerca de -20°C, a diferença nas energias de impacto foi ainda maior, com as amostras revenidas a cerca de 410 - 440°C apresentando energias de impacto de cerca de 136 e 113 J, respectivamente, enquanto que a energia de impacto do material temperado foi cerca de 42 J.[0087] Concurrently, it was found that the impact energies of the samples, in the tempered and tempered condition, were higher than those of the samples measured at comparable temperatures in the tempered condition. For example, at around 24 ° C, samples tempered at 410 - 440 ° C showed impact energies of about 215 and 170 J, respectively, while the impact energy of the tempered material was about 150 J. -20 ° C, the difference in impact energies was even greater, with the samples tempered at about 410 - 440 ° C showing impact energies of about 136 and 113 J, respectively, while the impact energy of the material temperate was about 42 J.

[0088] Sem que se fique ligado à teoria, acredita-se que essas diferenças de propriedades podem ser racionalizadas pela microestrutura das composições. Como mostrado na Figura 6, na condição temperada e revenida, a microestrutura da composição 1 é de bainita e martensita, com uma dispersão fina de carbonetos, o que aperfeiçoa a tensão de escoamento do material temperado e revenido, em relação ao material apenas temperado.[0088] Without being bound by theory, it is believed that these differences in properties can be rationalized by the microstructure of the compositions. As shown in Figure 6, in the tempered and tempered condition, the microstructure of composition 1 is bainite and martensite, with a fine dispersion of carbides, which improves the flow tension of the tempered and tempered material, compared to the just tempered material.

Composition 1 - Summary

[0089] Examinando-se a dureza, a tenacidade, e as propriedades de tração nas condições temperada e temperada / revenida, pode-se observar que a dureza diminui com a maior temperatura de revenido, com uma diminuição acentuada começando em torno de 400°C. Além do mais, o ensaio de tenacidade, nas condições temperada e temperada / revenida (410°C e 440°C), verificou que a tenacidade é geralmente mais alta na condição temperada e revenida a 410°C, comparada com a condição temperada e temperada / revenida a 440°C. Adicionalmente, a tensão de escoamento apresenta um aperfeiçoamento modesto com a têmpera em torno de 410 - 440°C, enquanto que a resistência a tração final apresenta uma diminuição modesta com a têmpera em torno de 410 - 440°C. Esses resultados indicam que, dentro da faixa de cerca de 410 - 440°C, as concretizações da composição 1, na condição temperada e revenida, proporcionam uma combinação benéfica de tenacidade e resistência mecânica, na condição apenas temperada.[0089] By examining hardness, toughness, and tensile properties in tempered and tempered / tempered conditions, it can be seen that the hardness decreases with the highest tempering temperature, with a sharp decrease starting around 400 ° Ç. Furthermore, the toughness test, in the tempered and tempered / tempered conditions (410 ° C and 440 ° C), found that the toughness is generally higher in the tempered and tempered condition at 410 ° C, compared to the temperate condition and quenched / tempered at 440 ° C. In addition, the yield strength shows a modest improvement with tempering around 410 - 440 ° C, while the final tensile strength shows a modest decrease with tempering around 410 - 440 ° C. These results indicate that, within the range of about 410 - 440 ° C, the embodiments of composition 1, in the tempered and tempered condition, provide a beneficial combination of toughness and mechanical strength in the just tempered condition.

[0090] Quanto ao resfriamento acelerado, excelentes valores de energia de impacto e dureza foram também observados. Mais significativamente, na faixa de cerca de 10 a 20°C/s, valores de energia de impacto superiores a cerca de 220 J, a cerca de -20°C, foram obtidos com uma área dúctil superior a 80%. Além do mais, os valores de dureza variaram entre cerca de 300 - 320 Hv. Exemplo 5 - Avaliação do comportamento de Transformação por Resfriamento Contínuo (CCT) e microestrutural das composições 2 e 3, antes de tratamento térmico[0090] As for accelerated cooling, excellent values of impact energy and hardness were also observed. More significantly, in the range of about 10 to 20 ° C / s, impact energy values greater than about 220 J, at about -20 ° C, were obtained with a ductile area greater than 80%. Furthermore, the hardness values varied between about 300 - 320 Hv. Example 5 - Evaluation of the Transformation by Continuous Cooling (CCT) and microstructural behavior of compositions 2 and 3, before heat treatment

[0091] Os diagramas CCT derivados de medidas dilatométricas das composições 2 e 3 são apresentados nas Figuras 7 e 9, respectivamente, para taxas de resfriamento de cerca de 0,2, 0,5, 5, 10, 30 e 50°C/s. As temperaturas de partida de transformação, mostradas nessas figuras, foram determinadas como o primeiro desvio de comportamento linear de ambas as curvas dilatométricas. Os tamanhos dos grãos austeníticos das composições 2 e 3 foram estimados como estando entre cerca de 20 e 30 μm, a partir de medidas em amostras resfriadas a cerca de 50°C/s. As Figuras 8 e 10 ilustram ainda micrografias ópticas das composições 2 e 3, resfriadas a taxas de 0,2, 0,5, 1, 10, 30 e 50°C/s.[0091] CCT diagrams derived from dilatometric measurements of compositions 2 and 3 are shown in Figures 7 and 9, respectively, for cooling rates of about 0.2, 0.5, 5, 10, 30 and 50 ° C / s. The transformation starting temperatures, shown in these figures, were determined as the first deviation from the linear behavior of both dilatometric curves. The sizes of austenitic grains of compositions 2 and 3 were estimated to be between about 20 and 30 μm, from measurements in samples cooled to about 50 ° C / s. Figures 8 and 10 further illustrate optical micrographs of compositions 2 and 3, cooled at rates of 0.2, 0.5, 1, 10, 30 and 50 ° C / s.

[0092] Dos diagramas CCT medidos e das microestruturas observadas, o comportamento de transformação das composições 2 e 3 pode ser identificado. A bainita é o produto de transformação principal quando do resfriamento a cerca de 5°C/s a 30°C/s. A taxas de resfriamento mais baixas, ferrita poligonal é o constituinte principal. A martensita aparece na composição 2, a taxas de resfriamento de cerca de 10°C/s e na composição 3 a cerca de 30°C/s, e torna-se a fase dominante quando do resfriamento a cerca de 50°C/s em ambas as composições.[0092] From the measured CCT diagrams and observed microstructures, the transformation behavior of compositions 2 and 3 can be identified. Bainite is the main processing product when cooling to about 5 ° C / s to 30 ° C / s. At lower cooling rates, polygonal ferrite is the main constituent. The martensite appears in composition 2, at cooling rates of about 10 ° C / s and in composition 3 at about 30 ° C / s, and becomes the dominant phase when cooling to about 50 ° C / s in both compositions.

[0093] Várias diferenças significativas entre as duas composições podem ser também observadas. Em um aspecto, a taxas de resfriamento inferiores a cerca de 5°C/s na composição 2, a perlita é encontrada em grandes proporções, além da bainita. No entanto, na composição 3, uma microestrutura mais complexa foi observada, com uma parte com maior teor de bainita e alguma austenita mantida, além de perlita. Sem querer-se estar ligado à teoria, essa diferença pode ser atribuída ao teor de carbono mais baixo da composição 3, o que reduz a fração total de perlita, bem como as adições de elementos de liga de Cr e Nb, que promovem a formação de bainita.[0093] Several significant differences between the two compositions can also be observed. In one aspect, at cooling rates below about 5 ° C / s in composition 2, perlite is found in large proportions, in addition to bainite. However, in composition 3, a more complex microstructure was observed, with a part with a higher content of bainite and some austenite maintained, in addition to perlite. Without wishing to be linked to the theory, this difference can be attributed to the lower carbon content of composition 3, which reduces the total fraction of perlite, as well as the addition of Cr and Nb alloy elements, which promote the formation of bainite.

[0094] Em outro aspecto, a crosta da bainita difere entre as composições 2 e 3. A despeito das temperaturas de transformação e dos tamanhos dos grãos austeníticos similares, a estrutura de bainita da composição 3 é geralmente mais fina do que aquela da composição 2. Sem querer-se estar ligado à teoria, acredita-se que essa observação seja uma consequência das adições dos elementos de liga Cr e Nb.[0094] In another aspect, the bainite crust differs between compositions 2 and 3. Despite processing temperatures and similar austenitic grain sizes, the bainite structure of composition 3 is generally thinner than that of composition 2 Without wishing to be linked to the theory, it is believed that this observation is a consequence of the addition of the alloying elements Cr and Nb.

[0095] Em mais um aspecto, a tendência para a formação de martensita é mais forte na composição 2. Como discutido previamente, a taxa de resfriamento mais baixa, na qual a martensita foi observada na composição 2, foi de cerca de 10°C/s, enquanto que a taxa de resfriamento mais baixa, na qual a martensita foi observada na composição 3, foi de cerca de 30°C/s. De importância adicional é a observação que, ainda que a cerca de 30°C/s, apenas umas poucas manchas de martensita aparecem na composição 3, a concentração de martensita na composição 2 é similar ou mais alta do que aquela de bainita.[0095] In yet another aspect, the tendency for the formation of martensite is stronger in composition 2. As previously discussed, the lowest cooling rate, in which martensite was observed in composition 2, was around 10 ° C / s, while the lowest cooling rate, at which martensite was observed in composition 3, was around 30 ° C / s. Of additional importance is the observation that, although at about 30 ° C / s, only a few patches of martensite appear in composition 3, the concentration of martensite in composition 2 is similar or higher than that of bainite.

[0096] Dessas observações, pode-se entender que em uma composição 3 com baixo teor de carbono, a estrutura de bainita é favorecida por uma maior gama de taxas de resfriamento, em comparação com a composição 2. De novo, sem querer-se estar ligado à teoria, essa observação pode ser uma consequência das adições dos elementos de liga Cr e Nb.[0096] From these observations, it can be understood that in a composition with a low carbon content, the bainite structure is favored by a greater range of cooling rates, compared to composition 2. Again, unintentionally being linked to theory, this observation may be a consequence of the addition of alloy elements Cr and Nb.

[0097] Os valores de dureza das composições 2 e 3, em função das taxas de resfriamento, são também ilustrados nas Figuras 11A e 11B. Os cálculos feitos com o modelamento de Creusot- Loire (consultar Ph. Maynier, B. Jungmann, e J. Dollet, “Creusot-Loire system for the prediction of the mechanical properties of low alloy steel products”, Hardenability concepts with applications to steels, Ed. D.V. Doane e J. S. Kirkaldy, The Metallurgical Society of AIME (1978), p. 518) são apresentados nos mesmos gráficos para comparação (linha pontilhada). É significativo que, a despeito do seu teor de carbono mais baixo, a composição 3 apresenta um nível de dureza ligeiramente mais alto do que aquele da composição 2, para as taxas de resfriamento abaixo de cerca de 30°C/s.[0097] The hardness values of compositions 2 and 3, depending on the cooling rates, are also illustrated in Figures 11A and 11B. The calculations made with the Creusot-Loire modeling (see Ph. Maynier, B. Jungmann, and J. Dollet, “Creusot-Loire system for the prediction of the mechanical properties of low alloy steel products”, Hardenability concepts with applications to steels , Ed. DV Doane and JS Kirkaldy, The Metallurgical Society of AIME (1978), p. 518) are presented in the same graphs for comparison (dotted line). It is significant that, despite its lower carbon content, composition 3 has a slightly higher level of hardness than that of composition 2, for cooling rates below about 30 ° C / s.

[0098] Sem querer-se estar ligado à teoria, esse incremento em dureza pode ser atribuído ao refino microestrutural da composição 3 já mencionada. É também possível que, nas taxas de resfriamento mais baixas na composição 3, algum Nb dissolvido durante o estágio de austenização reprecipita como carbonetos finos, o que pode aumentar a dureza. Exemplo 6 - Avaliação mecânica das composições 2 e 3, na condição temperada[0098] Without wishing to be linked to theory, this increase in hardness can be attributed to the microstructural refinement of composition 3 already mentioned. It is also possible that, at the lowest cooling rates in composition 3, some Nb dissolved during the austenization stage reprecipitates as fine carbides, which can increase hardness. Example 6 - Mechanical evaluation of compositions 2 and 3, in the tempered condition

[0099] As propriedades de tração e impacto medidas para a composição 3 na condição temperada são apresentadas nas Tabelas 8 e 9 abaixo. As propriedades de dureza da composição 2 estão também presentes na Tabela 9. As micrografias SEM (microscopia eletrônica de varredura) para as composições são ilustradas nas Figuras 12A e 12B. Esses resultados ilustram o efeito do carbono na microestrutura e nas propriedades mecânicas das composições. Tabela 8 - Propriedades de tração da composição temperada 3

Tabela 9 - Energia de impacto e dureza das composições 2 e 3 temperadas

[0099] The tensile and impact properties measured for composition 3 in the tempered condition are shown in Tables 8 and 9 below. The hardness properties of composition 2 are also present in Table 9. SEM micrographs (scanning electron microscopy) for the compositions are illustrated in Figures 12A and 12B. These results illustrate the effect of carbon on the microstructure and the mechanical properties of the compositions. Table 8 - Tensile properties of the tempered composition 3

Table 9 - Impact energy and hardness of tempered

compositions

2 and 3

[00100] A microestrutura da composição temperada 2 era basicamente de martensita, com algumas regiões de bainita (Figura 12A). Além disso, a dureza da composição 2 era relativamente alta, em torno de 350 Hv. Com base na experiência com outros sistemas, uma tenacidade inferior era esperada para esse sistema e não foram conduzidos quaisquer ensaios de tração ou impacto.[00100] The microstructure of the tempered composition 2 was basically martensite, with some regions of bainite (Figure 12A). In addition, the hardness of composition 2 was relatively high, around 350 Hv. Based on experience with other systems, lower toughness was expected for that system and no tensile or impact tests were conducted.

[00101] Em contraste, a microestrutura temperada da composição 3 era predominantemente bainítica, com pequenas regiões de martensita (Figura 12B). Nesse caso, os ensaios de tração e impacto foram conduzidos e uma combinação benéfica de propriedades foi obtida. A tensão de escoamento foi medida como sendo aproximadamente 835 MPa (121 ksi), com uma baixa razão de tensão de escoamento para resistência a tração, em torno de 0,82. Além disso, a temperatura de transição de dúctil para frágil medida como aquela correspondente a uma área de cisalhamento de cerca de 50%, foi verificada como sendo cerca de -40°C. Adicionalmente, a energia de impacto foi medida como sendo substancialmente constante em torno de 160 J, entre cerca de -20°C e 20°C. Exemplo 7 - Avaliação mecânica das composições 2 e 3 - condição temperada e revenida[00101] In contrast, the tempered microstructure of composition 3 was predominantly bainitic, with small regions of martensite (Figure 12B). In this case, the tensile and impact tests were conducted and a beneficial combination of properties was obtained. The yield stress was measured to be approximately 835 MPa (121 ksi), with a low yield stress to tensile strength ratio, around 0.82. In addition, the ductile to brittle transition temperature, measured as that corresponding to a shear area of about 50%, was found to be about -40 ° C. In addition, the impact energy was measured to be substantially constant at around 160 J, between about -20 ° C and 20 ° C. Example 7 - Mechanical evaluation of compositions 2 and 3 - tempered and tempered condition

[00102] Do Exemplo 6, verificou-se que a condição temperada produziu propriedades benéficas no caso da composição 3. Para investigar o efeito de revenido nas composições 2 e 3, foram conduzidos ensaios e avaliações similares nas amostras das composições 2 e 3, na condição temperada e revenida.[00102] From Example 6, it was found that the temperate condition produced beneficial properties in the case of composition 3. In order to investigate the tempering effect in compositions 2 and 3, similar tests and evaluations were conducted in the samples of compositions 2 and 3, in tempered and tempered condition.

[00103] As Figuras 13A e 13B apresentam micrografias de microscopia eletrônica de varredura da microestrutura das composições 2 e 3, na condição temperada e revenida. Em ambas as composições, a microestrutura era basicamente composta de bainita ligeiramente revenida. Havia também algumas pequenas regiões de martensita revenida, especialmente na composição 2, que possuía um maior teor de carbono.[00103] Figures 13A and 13B show scanning electron microscopy micrographs of the microstructure of compositions 2 and 3, in tempered and tempered condition. In both compositions, the microstructure was basically composed of slightly tempered bainite. There were also some small regions of tempered martensite, especially in composition 2, which had a higher carbon content.

[00104] Os resultados de dureza de pequenas amostras das composições 2 e 3, revenidas entre cerca de 400 e 700°C, são ilustrados na Figura 14. Pode-se observar que a resposta de ambas as composições apresentam uma evolução similar em dureza, com o aumento da temperatura de revenido. Como esperado, devido ao seu maior teor de carbono, a composição 2 foi verificada como apresentando uma maior dureza do que a composição 3, na condição temperada e em baixas temperaturas de revenido. Contrariamente, no entanto, para temperaturas de revenido superiores a cerca de 550°C, a dureza da composição 3 foi verificada como sendo superior àquela da composição 2.[00104] The hardness results of small samples of compositions 2 and 3, tempered between about 400 and 700 ° C, are illustrated in Figure 14. It can be seen that the response of both compositions shows a similar evolution in hardness, with increasing tempering temperature. As expected, due to its higher carbon content, composition 2 was found to have greater hardness than composition 3, in the tempered condition and at low tempering temperatures. In contrast, however, for tempering temperatures greater than about 550 ° C, the hardness of composition 3 was found to be greater than that of composition 2.

[00105] Sem estar-se ligado à teoria, acredita-se que esses resultados podem ser uma consequência das adições dos elementos de liga Nb e Cr à composição 3. O primeiro deles pode induzir algum endurecimento por precipitação, enquanto que o último pode retardar a formação de partículas grosseiras de cementita.[00105] Without being bound by theory, it is believed that these results may be a consequence of the addition of the alloying elements Nb and Cr to composition 3. The first one can induce some precipitation hardening, while the last one can delay the formation of coarse cementite particles.

[00106] Em vista dessas observações, os ensaios de tração e de energia de impacto foram conduzidos ainda em amostras das composições 2 e 3, que foram tratadas termicamente a uma temperatura em torno de 500°C. Os resultados do ensaio de tração são apresentados na Tabela 10, enquanto que as energias de impacto são apresentadas na Tabela 11. Tabela 10 - Propriedades de tração das composições 2 e 3 temperadas e revenidas (500°C)

Tabela 10 - Energia de impacto e dureza das composições 2 e 3 temperadas e revenidas (500°C @ 30 min)

[00106] In view of these observations, the tensile and impact energy tests were also conducted on samples of

compositions

2 and 3, which were heat treated at a temperature around 500 ° C. The results of the tensile test are shown in Table 10, while the impact energies are shown in Table 11. Table 10 - Tensile properties of tempered and tempered compositions 2 and 3 (500 ° C)

Table 10 - Impact energy and hardness of tempered and tempered compositions 2 and 3 (500 ° C @ 30 min)

[00107] Verificou-se que as propriedades mecânicas, após revenido a cerca de 500°C, por cerca de 30 min, apresentam uma boa combinação de resistência mecânica e tenacidade, em ambas as composições 2 e 3. As tensões de escoamento das composições 2 e 3 são cerca de 814 MPa (118 ksi) e as resistências a tração finais são cerca de 869 - 876 MPa (126 - 127 ksi).[00107] It was found that the mechanical properties, after tempering at about 500 ° C, for about 30 min, present a good combination of mechanical strength and toughness, in both compositions 2 and 3. The yield stresses of the compositions 2 and 3 are about 814 MPa (118 ksi) and the final tensile strengths are about 869 - 876 MPa (126 - 127 ksi).

[00108] As composições 2 e 3 apresentam ainda temperaturas de transição de dúctil para frágil abaixo de cerca de -60°C, com praticamente 100% de área de cisalhamento na faixa de temperatura examinada. As energias da parte superior, representando 100% da área de cisalhamento, foram cerca de 180 J em ambas as ligas, que é um bom valor, tendo em vista o nível de resistência mecânica que apresentam essas composições. Adicionalmente, as composições apresentaram apenas pequenas diferenças nas suas energias de impacto, cerca de 177 a 185 J na composição 2 versus cerca de 175 a 189 J na composição 3, pela faixa de temperatura de cerca de -40°C a 20°C.[00108] Compositions 2 and 3 still show transition temperatures from ductile to brittle below about -60 ° C, with practically 100% of shear area in the examined temperature range. The energies of the upper part, representing 100% of the shear area, were about 180 J in both alloys, which is a good value, considering the level of mechanical resistance that these compositions present. Additionally, the compositions showed only small differences in their impact energies, about 177 to 185 J in composition 2 versus about 175 to 189 J in composition 3, over the temperature range of about -40 ° C to 20 ° C.

[00109] Significativamente, a despeito das suas diferenças no teor de elementos de liga, as composições 2 e 3 apresentam propriedades de tração e energia de impacto praticamente idênticas. Sem querer-se estar ligado à teoria, em comparação com as composições químicas das duas composições, parece que a redução no teor de carbono na composição 3 é aproximadamente deslocado pelas adições dos elementos de liga Cr e Nb. Composições 2 e 3 - Sumário[00109] Significantly, despite their differences in the content of alloying elements, compositions 2 and 3 have practically identical tensile and impact energy properties. Without wishing to be bound by theory, compared to the chemical compositions of the two compositions, it appears that the reduction in the carbon content in composition 3 is approximately offset by the addition of the alloying elements Cr and Nb. Compositions 2 and 3 - Summary

[00110] O exame das composições 2 e 3, que foram resfriadas com ar após laminação a quente, depois reaquecidas e temperadas, apresentaram boa tenacidade, quando o teor de carbono foi mantido abaixo de cerca de 0,07% (composição 3). Além do mais, boas combinações de resistência mecânica e tenacidade foram obtidas quando de têmpera e revenido em temperaturas de cerca de 500°C. Neste caso, excelentes propriedades mecânicas foram obtidas para ambas as composições 2 e 3, com tensões de escoamento de cerca de 814 MPa (118 ksi) e energias de impacto de cerca de 175 - 179 J, a cerca de - 40°C. Adicionalmente, foram observas superfícies com fraturas quase que inteiramente dúcteis para a faixa de temperatura de ensaio estudada, com a temperatura de transição de dúctil para frágil bem abaixo de cerca de -60°C para ambos os materiais. Exemplo 7 - Simulações de ciclos térmicos na zona termicamente afetada (HAZ) da composição 2[00110] Examination of compositions 2 and 3, which were cooled with air after hot rolling, then reheated and tempered, showed good toughness, when the carbon content was kept below about 0.07% (composition 3). Furthermore, good combinations of mechanical strength and toughness were obtained when tempering and tempering at temperatures of around 500 ° C. In this case, excellent mechanical properties were obtained for both compositions 2 and 3, with yield stresses of about 814 MPa (118 ksi) and impact energies of about 175 - 179 J, at - 40 ° C. Additionally, fracture surfaces were observed that were almost entirely ductile for the test temperature range studied, with the ductile to brittle transition temperature well below about -60 ° C for both materials. Example 7 - Simulation of thermal cycles in the thermally affected zone (HAZ) of composition 2

[00111] Simulações de ciclos térmicos na HAZ foram feitas nas amostras da composição 2. O modelo Hannerz (N.E. Hannerz, “Effect of Cb on HAZ ductility in constructional HT steels”, Welding Journal, maio de 1975), cuja totalidade é incorporada por referência no presente relatório descritivo, foi usado para estimar a evolução térmica na HAZ, para diferentes condições de soldagem e geometrias de tubo. Os ciclos térmicos calculados foram reproduzidos no simulador termomecânico Gleeble. A microestrutura e a dureza das amostras tratadas termicamente foram analisadas posteriormente.[00111] HAZ thermal cycle simulations were performed on samples of composition 2. The Hannerz model (NE Hannerz, “Effect of Cb on HAZ ductility in constructional HT steels”, Welding Journal, May 1975), whose totality is incorporated by reference in this specification, it was used to estimate the thermal evolution at HAZ, for different welding conditions and pipe geometries. The calculated thermal cycles were reproduced in the Gleeble thermomechanical simulator. The microstructure and hardness of the heat-treated samples were subsequently analyzed.

[00112] Esses resultados foram comparados àqueles correspondentes a um aço microligado com Nb-V de baixo teor de carbono, comercial, usado para a produção de tubos sem costura de parede grossa X65. O aço de Nb-V possuía aproximadamente os mesmos teores de carbono e valor Pcm da composição 2, mas sem adição de boro, como ilustrado na Tabela 12. Tabela 12 - Composição do aço de Nb-V e da composição 2

CE(Pcm) = [CE(Pcm)=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B][00112] These results were compared to those corresponding to a commercial low-carbon Nb-V microalloyed steel, used for the production of X65 thick wall seamless tubes. Nb-V steel had approximately the same carbon content and Pcm value as composition 2, but without the addition of boron, as shown in Table 12. Table 12 - Composition of Nb-V steel and composition 2

[00113] Diferentes temperaturas de preaquecimento e cargas térmicas foram simuladas para os tubos de espessura de parede de cerca de 16 mm e/ou 25 mm (Tabela 13). Em todos os casos, a temperatura de reaquecimento máxima foi de cerca de 1.350°C, para ter o maior tamanho de grão austenítico possível. Esta condição é conhecida como sendo adversa para a tenacidade, em virtude da maior temperabilidade. Com relação às cargas térmicas (HI), valores entre cerca de 450 e 1.210 J/mm foram simulados, e as temperaturas de preaquecimento variaram de sem preaquecimento a aproximadamente 250°C. Tabela 13 - Condições de soldagem simuladas em Gleeble e resultados de dureza

* tempo de resfriamento entre 800°C e 500°C ** taxa de resfriamento média entre 800°C e 500°C[00113] Different preheating temperatures and thermal loads were simulated for tubes with a wall thickness of about 16 mm and / or 25 mm (Table 13). In all cases, the maximum reheat temperature was around 1,350 ° C, to have the largest austenitic grain size possible. This condition is known to be adverse to toughness, due to the greater temperability. With regard to thermal loads (HI), values between about 450 and 1,210 J / mm were simulated, and the preheating temperatures ranged from no preheating to approximately 250 ° C. Table 13 - Simulated welding conditions in Gleeble and hardness results

* cooling time between 800 ° C and 500 ° C ** average cooling rate between 800 ° C and 500 ° C

[00114] Para todos os ensaios, os resultados de dureza são apresentados na última coluna da Tabela 13. Considerar que cerca de 300 HV como a dureza máxima, que corresponde à dureza HAZ máxima especificada pelo padrão API 5L para tubos X65-X80 PSL2 (serviços em alto-mar). Da Tabela 13, fica claro que por uso de um preaquecimento de cerca de 150°C, a carga térmica mínima deve ser cerca de 500 J/mm, para a faixa de espessuras de parede analisadas. Sem o preaquecimento, a carga mínima seria aumentada a cerca de 950 J/mm em tubos com uma espessura de parede de cerca de 25 mm.[00114] For all tests, the hardness results are presented in the last column of Table 13. Consider that about 300 HV as the maximum hardness, which corresponds to the maximum HAZ hardness specified by API 5L standard for X65-X80 PSL2 tubes ( services on the high seas). From Table 13, it is clear that by using a preheat of about 150 ° C, the minimum thermal load must be about 500 J / mm, for the range of wall thicknesses analyzed. Without preheating, the minimum load would be increased to about 950 J / mm in tubes with a wall thickness of about 25 mm.

[00115] Quando da comparação da dureza medida em função da taxa de resfriamento média com os resultados obtidos para o aço de Nb-V, usando as mesmas condições de soldagem (Figura 15), fica claro que ambos os aços têm aproximadamente a mesma temperabilidade. Este resultado mostra que a composição 2 não tem quaisquer graves restrições de soldagem, porque apresenta substancialmente o mesmo comportamento de dureza em função da taxa de resfriamento que o aço X65 comercial.[00115] When comparing the measured hardness as a function of the average cooling rate with the results obtained for Nb-V steel, using the same welding conditions (Figure 15), it is clear that both steels have approximately the same temperability . This result shows that composition 2 does not have any serious welding restrictions, because it has substantially the same hardness behavior as a function of the cooling rate as commercial X65 steel.

[00116] Atualmente, não há qualquer especificação padrão para a dureza máxima na HAZ de X100 ou grau superior. No entanto, considerando-se o máximo especificado na norma API 5L para X80 PSL 2 (alto-mar), como uma referência, o aço da composição 2 vai satisfazer o requisito, quando do uso de um preaquecimento em torno de 150°C e uma carga térmica mínima de cerca de 500 J/mm.[00116] Currently, there is no standard specification for the maximum hardness in the HAZ of X100 or higher. However, considering the maximum specified in the API 5L standard for X80 PSL 2 (high seas), as a reference, the steel of composition 2 will satisfy the requirement, when using a preheat around 150 ° C and a minimum thermal load of about 500 J / mm.

[00117] Em suma, os aços de baixo teor de carbono, tendo adições de elementos de liga de boro e titânio, são apresentados. As impurezas de nitrogênio livre são substancialmente consumidas por reação com titânio, formando os precipitados de TiN. Os parâmetros de fundição são selecionados ainda de modo a inibir esses precipitados de formar partículas grosseiras. Por exemplo, por emprego de taxas de resfriamento superiores a cerca de 10 - 40°C/min, durante a fundição, precipitados finos de TiN, tendo um diâmetro médio inferior a cerca de 50 nm, podem ser obtidos. A remoção substancial de impurezas de nitrogênio livre propicia ainda que o boro livre se mantenha em solução sólida, aperfeiçoando a temperabilidade durante a decomposição da austenita. Essas composições podem ser resfriadas da laminação a quente em ar e temperadas, temperadas e revenidas, ou submetidas a resfriamento acelerado diretamente após laminação a quente, a taxas entre cerca de 5 e 50°C, produzindo um excelente equilíbrio de resistência mecânica e tenacidade.[00117] In short, low carbon steels, with additions of elements of boron and titanium alloy, are presented. The impurities of free nitrogen are substantially consumed by reaction with titanium, forming the precipitates of TiN. The casting parameters are further selected in order to inhibit these precipitates from forming coarse particles. For example, by using cooling rates greater than about 10 - 40 ° C / min, during casting, fine TiN precipitates, having an average diameter of less than about 50 nm, can be obtained. Substantial removal of free nitrogen impurities also allows free boron to remain in a solid solution, improving temperability during the decomposition of austenite. These compositions can be cooled from hot rolling in air and tempered, tempered and tempered, or subjected to accelerated cooling directly after hot rolling, at rates between about 5 and 50 ° C, producing an excellent balance of mechanical strength and toughness.

[00118] Como usado em todo o relatório descritivo, o termo "cerca de' deve ser entendido como incluindo o seu significado comum, como entendido por aqueles versados na técnica. Quando o termo "cerca de" é usado no relatório descritivo, com relação a um valor particular ou uma faixa de valores, o valor exato ou a faixa de valores proporcionado é também considerado como parte da descrição.[00118] As used throughout the specification, the term 'about' should be understood to include its common meaning, as understood by those skilled in the art. When the term 'about' is used in the specification, with respect to to a particular value or range of values, the exact value or range of values provided is also considered as part of the description.

[00119] Embora a descrição acima tenha mostrado, descrito e apontado as novas características fundamentais dos presentes ensinamentos, deve-se entender que várias omissões, substituições, variações e/ou adições, na forma de detalhe do aparelho, como ilustrado, bem como seus usos, podem ser feitos por aqueles versados na técnica, sem que se afaste do âmbito dos presentes ensinamentos. Consequentemente, o âmbito dos presentes ensinamentos não deve ser limitado à discussão acima, mas deve ser definido pelas reivindicações em anexo.[00119] Although the description above has shown, described and pointed out the new fundamental characteristics of the present teachings, it must be understood that several omissions, substitutions, variations and / or additions, in the form of the device's detail, as illustrated, as well as their uses, can be made by those skilled in the art, without departing from the scope of the present teachings. Consequently, the scope of the present teachings should not be limited to the above discussion, but should be defined by the appended claims.

Claims

1. Method for the production of steel tube, characterized by consisting of providing a steel composition,% by weight, 0.04% to 0.12% C; 0.01% to 0.03% Ti; 0.0005% to 0.003% B; less than or equal to 0.008% N; 0.6% to 1.6% Mn; 0.05% to 0.3% Si; 0.02% to 0.5% Ni; 0.02% to 0.5% Cr; 0.26% to 0.5% Mo; 0.002% to 0.15% V; 0.003% to 0.05% Nb; and remaining Fe; the concentration of each element being based on the total weight of the steel composition; where 0.0005% to 0.002% of boron is in solid solution; where substantially all of the nitrogen is present in the form of TiN particles; and cooling a casting rod from the steel composition, in which the cooling rate around the center of the rod is selected so that the TiN particles formed in the rod exhibit an average diameter of less than 50 μm; wherein the steel bar is cooled from the melt at a rate greater than 10 ° C / min around the center of the bar; forming a tube from the bar by heating the steel bar between 1200 ° C to 1300 ° C; penetration of the steel bar reheated to temperatures ranging from 1100 ° C to 1200 ° C; and hot rolling of the steel bar at temperatures ranging from 900 ° C to 1100 ° C; followed by cooling the steel tube in the air, from hot rolling, at a rate of less than 1 ° C / s; and subsequently austenitizing and cooling (quenching) the rolled hot-rolled steel tube; in which the hot rolling reaches an austenitic grain size of the microstructure of the steel tube, before cooling from the hot rolling, within the range of 20 μm and 50 μm, and where the final microstructure of the steel tube comprises a mixture of bainite and martensite with up to 30% martensite if no tempering is performed after cooling and 30% or more of martensite if tempering is performed after cooling.

Method according to claim 1, characterized in that the steel bar is cooled from a melting rate greater than 30 ° C / min around the center of the bar.

Method according to claim 1, characterized in that the elements of the steel composition are selected in the concentrations so that the carbon equivalence (CEPcm) of the composition is less than 0.22, where CEPcm is calculated according to:

where the concentration of each element is provided in% w / w.

Method according to claim 1, characterized in that it additionally comprises the tempering of the steel pipe cooled to a temperature ranging from 400 ° C to 700 ° C for between 10 minutes to 60 minutes.

5. Method for the production of steel tube, characterized by consisting of providing a steel composition, wt%, 0.04% to 0.12% C; 0.01% to 0.03% Ti; 0.0005% to 0.003% B; less than or equal to 0.008% N; 0.8% to 1.6% Mn; 0.05% to 0.3% Si; 0.02% to 0.5% Ni; 0.02% to 0.5% Cr; 0.26% to 0.5% Mo; 0.002% to 0.15% V; 0.003% to 0.05% Nb; and remaining Fe; the concentration of each element being based on the total weight of the steel composition; where 0.0005% to 0.002% of boron is in solid solution; wherein substantially all of the nitrogen in the composition is present in the form of TiN particles; and cooling a casting bar from the steel composition, where substantially all of the nitrogen is present in the form of TiN particles having an average diameter size of less than 50 μm; wherein the steel bar is cooled from the melt at a rate greater than 10 ° C / min around the center of the bar; forming a tube from the bar by heating the steel bar between 1200 ° C to 1300 ° C; penetration of the steel bar reheated to temperatures ranging from 1100 ° C to 1200 ° C; and hot rolling of the steel bar at temperatures ranging from 900 ° C to 1100 ° C; followed by cooling the steel tube in the air directly after hot rolling at a rate between 5 ° C / s to 50 ° C / s without any subsequent heat treatment; in which the hot rolling reaches an austenitic grain size of the microstructure of the steel tube, before cooling from the hot rolling, within the range of 20 μm and 50 μm, and where the final microstructure of the steel tube comprises a mixture of bainite and martensite with up to 30% martensite.

Method according to claim 5, characterized in that the tube is cooled directly from the hot rolling at a rate between 10 ° C / s to 50 ° C / s.

Method according to claim 5, characterized in that the tube is cooled directly from the hot rolling at a rate between 10 ° C / s to 20 ° C / s.

Method according to claim 5, characterized in that the yield stress of the steel tube after hot rolling and cooling, measured according to ASTM E8, is at least 100 ksi (690 MPa).

Method according to claim 5, characterized in that the impact energy Charpy V-notch of the tube, strength of the steel tube after hot rolling and cooling, the total size of the samples measured according to the ASTM E23 standard is greater than 220 J at temperatures greater than or equal to -20 ° C.

Method according to claim 5, characterized in that the composition consists of,% by weight: 0.05% to 0.10% C; 0.015% to 0.025% Ti; 0.0005% to 0.003% B; less than or equal to 0.007% N; 0.8% to 1.6% Mn; 0.05% to 0.30% Si; 0.02% to 0.4% Ni; 0.02% to 0.3% Cr; 0.26% to 0.3% Mo; 0.002% to 0.1% of V; 0.003% to 0.04% Nb; and the rest of Fe.

11. Method for the production of steel tubes, characterized in that it consists of providing a steel composition,% by weight, 0.04% to 0.12% C; 0.01% to 0.03% Ti; 0.0005% to 0.003% B; less than or equal to 0.008% N; 0.8% to 1.6% Mn; 0.05% to 0.3% Si; 0.02% to 0.5% Ni; 0.02% to 0.5% Cr; 0.26% to 0.5% Mo; 0.002% to 0.15% V; 0.003% to 0.05% Nb; and remaining Fe; the concentration of each element being based on the total weight of the steel composition; where 0.0005% to 0.002% of boron is in solid solution; wherein substantially all of the nitrogen in the composition is present in the form of TiN particles; and cooling a casting bar from the steel composition, where substantially all of the nitrogen is present in the form of TiN particles having an average diameter size of less than 50 μm; wherein the steel bar is cooled from the melt at a rate greater than 10 ° C / min around the center of the bar; forming a tube from the bar by heating the steel bar between 1200 ° C to 1300 ° C; penetration of the steel bar reheated to temperatures ranging from 1100 ° C to 1200 ° C; and hot rolling of the steel bar at temperatures ranging from 900 ° C to 1100 ° C; followed by cooling the steel tube in the air directly after hot rolling at a rate of less than 1 ° C / s; and subsequently, austenitization and cooling (tempering) of the tube; in which the hot rolling reaches an austenitic grain size of the microstructure of the steel tube, before cooling from the hot rolling, within the range of 20 μm and 50 μm, and where the final microstructure of the steel tube comprises a mixture of bainite and martensite with up to 30% martensite if no tempering is performed after cooling and 30% or more of martensite if tempering is performed after cooling.

Method according to claim 11, characterized in that the steel composition consists of,% by weight: 0.07% to 0.10% C; 0.02% to 0.03% Ti; 0.001% to 0.002% B; less than or equal to 0.008% N; 1.0% to 1.4% Mn; 0.05% to 0.15% Si; 0.02% to 0.4% Ni; 0.02% to 0.35% Cr; 0.26% to 0.3% Mo; 0.002% to 0.1% of V; 0.003% to 0.04% Nb; and the rest of Fe.

Method according to claim 12, characterized in that the cooled steel tube is subsequently tempered at a temperature between 400 ° C to 600 ° C.

Method according to claim 13, characterized in that after hot rolling, cooling, austenitizing and cooling, the flow stress of the tube, measured according to ASTM E8, is greater than 100ksi (690 MPa), and the Charpy V-notch impact energy of the composition, measured according to the ASTM E23 standard in the total sample size is greater than 170J at temperatures equal to or greater than -40 ° C.

Method according to claim 11, characterized in that the steel composition consists of,% by weight: 0.04% to 0.08% C; 0.02% to 0.03% Ti; 0.001% to 0.002% B; less than or equal to 0.008% N; 1.0% to 1.4% Mn; 0.05% to 0.15% Si; 0.02% to 0.35% Cr; 0.26% to 0.3% Mo; 0.002% to 0.1% of V; 0.03% to 0.04% Nb; and the rest of Fe.

Method according to claim 15, characterized in that the steel tube is reheated in the austenitic region and cooled without subsequent tempering.

17. Method according to claim 16, characterized in that after hot rolling, cooling, austenitizing and cooling, the flow stress of the tube, measured according to the ASTM E8 standard, is greater than 100ksi (690 MPa), and the impact energy Charpy V-notch, measured according to the ASTM E23 standard in the total sample size is greater than 90J at temperatures equal to or greater than -40 ° C.