MX2007006789A - Articulo tubular de acero inoxidable martensitico para campos petroleros. - Google Patents

Abstract

Un articulo tubular de acero inoxidable martensitico para campos petroleros contiene, en masa, 0.005% a 0.1% C, 0.05% a 1% Si, 1.5% a 5% Mn, a lo sumo 0.05% P, a lo sumo 0.01% S, 9% a 13% Cr, a lo sumo 0.5% Ni, a lo sumo 2% Mo, a lo sumo 2% Cu, 0.001% a 0.1% Al y 0.001% a 0.1% N, con el resto siendo Fe e impurezas y el tubo tiene una region con reduccion de Cr debajo de la superficie. El articulo tubular de acero inoxidable martensitico para campos petroleros de acuerdo con la presente invencion no tiene una pelicula pasiva en la superficie y se corroe totalmente a baja velocidad. Ademas, el contenido de Ni es reducido, lo cual permite que se impida la corrosion irregular. Por lo tanto, puede impedirse que se genere la SCC a pesar de la presencia de una region con reduccion de Cr.

Description

Artículo Tubular de Acero Inoxidable Martensítico para Campos Petroleros CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petroleros y más específicamente a un artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petroleros para uso en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono. ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA El petróleo y gas- natural producidos de pozos petroleros y pozos de gas contienen gas corrosivo como gas de dióxido de carbono y gas de sulfuro de hidrógeno. En un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono, se usan tubos de acero inoxidable martensítico que tienen alta resistencia a la corrosión como los artículos tubulares para campos petroleros . De manera más específica, los tubos de acero inoxidable 13Cr, en general los tubos de acero API13Cr, se usan mucho. El tubo de acero inoxidable 13Cr es resistente a la corrosión por el gas de dióxido de carbono ya que contiene alrededor de 13% de Cr y es de estructura martensítica ya que contiene alrededor de 0.2% de C. En años recientes, se han explorado y desarrollado pozos de petróleo y gas más profundos . Un artículo tubular para campos petroleros (en lo sucesivo, simplemente llamado como OCTG) para uso en un pozo profundo en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono debe tener una gran resistencia igual a 655 MPa o más y una gran solidez. En un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas en la gama de 80° C a 150° C, existe la preocupación de que pueda generarse una fisura por corrosión bajo tensión de tipo corrosión de trayectoria activa (en lo sucesivo simplemente llamada como "SCC") y por lo tanto se requiere una gran resistencia a la SCC. Las siguientes desventajas se encuentran cuando se usa un tubo de acero inoxidable 13Cr en un pozo profundo en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . (1) Por su alto contenido de C, no puede obtenerse la solidez necesaria si la resistencia se eleva a 655 MPa o más . (2) El tubo de acero inoxidable 13Cr se somete a templado y revenido en el proceso de fabricación y se forman carburos de cromo 50 en la estructura después del revenido como se muestra en la Figura 1. Se forma una región con reducción de Cr 60 como una región con bajo contenido de Cr en la periferia del carburo de cromo 50 o en un contorno de grano. La región con reducción de Cr 60 aumenta la susceptibilidad de la SCC. Por lo tanto, el tubo de acero inoxidable 13Cr que tiene la región con reducción de Cr 60 no tiene la resistencia a la SCC necesaria para usarse en un pozo profundo en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . Es por eso que se ha desarrollado el fantástico tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr utilizable en un pozo profundo en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . El fantástico tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr tiene una resistencia a la SCC más alta que la resistencia del tubo de acero inoxidable 13Cr debido a una película pasiva en la superficie formada por la adición de un elemento de aleación como Mo y Cu y su contenido de C establecido en 0.1% o menos. Esto se debe a que casi ningún carburo de cromo es precipitado en la estructura después del revenido por el bajo contenido de C como se muestra en la Figura 2, siempre y cuando la condición de revenido esté correctamente establecida. Puesto que una gran cantidad de Ni como un elemento de formación de austenita está contenida en lugar de C que es también un elemento de formación de austenita, pueden mantenerse la estructura martensítica, aun si el contenido de C es bajo. Por lo tanto, el fantástico tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr tiene una gran resistencia y solidez necesarias para usarse en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . - El tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional se somete a templado y revenido con el fin de obtener la resistencia deseada, pero se ha desarrollado un tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr producido sin el revenido después del laminado (en lo sucesivo llamado como "tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido") para reducir el costo de fabricación. El tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido se describe en JP 2003-183781 A, JP 2003-193203 A y JP 2003-129190 A. De acuerdo con estas publicaciones, puede obtenerse la resistencia y solidez deseadas, aun si el revenido es omitido. Sin embargo, a través de algunas investigaciones, los inventores han encontrado que el tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido tiene una resistencia a la SCC más baja que la resistencia del fantástico tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional. Como se muestra en la Figura 3, no se produce una región con reducción de Cr en el lado interno a diferencia de una región tan profunda como alrededor de 100 µm de la superficie del tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido, pero se genera una región con reducción de Cr 60 en una región desde la superficie hasta una profundidad de alrededor de 100 µm. La región con reducción de Cr- 60 debajo de la superficie se forma después del maquinado en caliente. Más específicamente, la región con reducción de Cr 60 se forma cuando las cascarillas de laminación se forman después del laminado y el Cr debajo de la superficie es absorbido en las cascarillas de laminación, o un carburo de cromo 50 se forma debajo de la superficie debido al grafito usado como un lubricante para el laminado, de manera que la región con reducción de Cr 60 se forma alrededor del carburo de cromo 50. El fantástico tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional se somete a revenido después del laminado y por lo tanto una región con reducción de Cr 60 debajo de la superficie es eliminada durante el proceso de revenido, pero el tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido es producido sin someterse al revenido y por lo tanto muchas regiones con reducción de Cr 60 deberán dejarse ahí debajo de la superficie. El tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido descrito por JP 2003-193204 A tiene alta resistencia a la SCC. Sin embargo, en las pruebas para evaluar la resistencia a la SCC en la descripción, se usó una pieza lisa de prueba, es decir, una pieza de prueba que tiene una superficie pulida. Más específicamente, la resistencia a la SCC no se evaluó usando una pieza de prueba incluyendo una región con reducción de Cr debajo de la superficie . Los inventores realizaron pruebas de SCC usando piezas de prueba incluyendo una región con reducción de Cr debajo de la superficie de acuerdo con la condición descrita y encontraron que la resistencia a la SCC de las piezas de prueba incluyendo una región con reducción de Cr debajo de la superficie fue más baja que la resistencia de la pieza lisa de prueba. Por lo tanto, si el tubo de acero inoxidable martensítico sin revenido incluyendo muchas regiones con reducción de Cr debajo de la superficie se usa en un pozo profundo en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas, podría generarse la SCC. Como un método para retirar estas regiones con reducción de Cr debajo de la superficie, puede realizarse el chorreo con granalla y/o decapado. Sin embargo, estos tipos de procesamiento aumentan el costo de fabricación. Aun después de estos tipos de procesamiento, todavía existe la posibilidad de que las regiones con reducción de Cr debajo de la superficie puedan permanecer no retiradas dependiendo de la condición de procesamiento. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención es proporcionar un OCTG de acero inoxidable martensítico que tiene alta resistencia a la SCC a pesar de la presencia de una región con reducción de Cr debajo de la superficie. Los inventores han encontrado que si no se forma una película pasiva, el contenido de Ni no es mayor que 0.5% en masa y el contenido de Mn es de 1.5% a 5% en masa, se produce una gran resistencia a la SCC a pesar de la presencia de una región con reducción de Cr debajo de la superficie. Más adelante se describirán los requisitos. (1) No se forma la película pasiva. Los inventores consideraron que en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono, podría impedirse la SCC corroyendo de manera uniforme la superficie total a una baja velocidad de corrosión sin formar una película pasiva en lugar de impedir la SCC mediante una película pasiva formada en la superficie del acero. Cuando se forma una película pasiva, puede destruirse una parte de la película pasiva por causas extrañas como el impacto de un alambre y granos de arena, iones de cloruro, o semejantes aun si se agrega Mo o Cu para reforzar la película pasiva. Como se muestra en la Figura 4, si se destruye una parte de la película pasiva 2 del acero inoxidable martensítico 1, la superficie 3 retirada de la película pasiva 2 sirve como un ánodo y la película pasiva 2 sirve como un cátodo. Como resultado de ello, la corriente corrosiva se concentra en la superficie 3 y es más probable que se genere corrosión local . De manera más específica, aumenta la susceptibilidad de la SCC. Si no se forma la película pasiva 2, puede impedirse que la corriente corrosiva se concentre y, por lo tanto, puede impedirse la corrosión local. En un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono, si el límite superior para el contenido de Cr es de 13% en masa y el contenido de Mo y el contenido de Cu son cada uno no mayores que 2% en masa, no se forma la película pasiva 2. (2) El contenido de Ni no es mayor que 0.5% en masa.

Aun sin una película pasiva, si una región con una cantidad grande de disolución y una región con una cantidad pequeña de disolución se forman en la superficie del acero desde un punto de vista microscópico, la superficie podría corroerse de una manera irregular. Si la corrosión irregular avanza, podría generarse la SCC en el límite entre la región con una cantidad grande de disolución y la región con una cantidad pequeña de disolución. Por lo tanto, los inventores sumergieron múltiples piezas de acero inoxidable martensítico teniendo regiones con reducción de Cr en una solución acuosa de cloruro (NaCl) en una concentración saturada y examinaron la relación entre los iones de metal eluidos del acero y la cantidad de disolución de la superficie del acero. Se usaron múltiples tipos de aceros inoxidables martensíticos cuyo contenido de Cr es de 9% a 13% y el contenido de Mo y el contenido de Cu no son mayores que 2% sin película pasiva. El contenido de Ni se cambió entre los diferentes tipos de acero . Como resultado de la inspección, los inventores han encontrado recientemente que si no se forma una película pasiva y el contenido de Ni no es mayor que 0.5% en masa, puede impedirse que la SCC se genere si existe una región con reducción de Cr debajo de la superficie. Con referencia a la Figura 5, la superficie del acero inoxidable martensítico sin película pasiva es corroída de manera uniforme. En ese momento, los iones de Fe y los iones de Cr eluidos de la superficie del acero disminuyen el pH de la solución. Por lo tanto, se disminuye el pH de la solución en las regiones superficiales 10 y 11 donde los iones de Fe y los iones de Cr son eluidos . Mientras tanto, los iones de Ni eluidos de la superficie impiden que el pH de la solución sea disminuido. Por lo tanto, el pH de la solución en las regiones superficiales 12 y 13' donde los iones de Ni son eluidos es más alto que el pH de la solución en las regiones superficiales 10 y 11. Por lo tanto, como se muestra en la Figura 6, la cantidad de disolución de las regiones superficiales 12 y 13 es pequeña y la cantidad de disolución de las regiones superficiales 10 y 11 es grande. Como resultado de lo anterior, la corrosión avanza en las regiones superficiales 10 y 11 y la superficie es corroída de manera irregular. Si la corrosión continúa irregularmente desde un punto de vista microscópico, es más probable que se genere la SCC en el límite entre la región con una cantidad grande de disolución y la región con una cantidad pequeña de disolución como en la región 15. En el acero inoxidable martensítico que se describió arriba sin película pasiva, la corrosión irregular continúa debido al Ni y se genera la SCC. En breve, la susceptibilidad de la SCC depende más del contenido de Ni que de la región con reducción de Cr. Por lo tanto, si se reduce el contenido de i, puede impedirse la corrosión local a pesar de la presencia de regiones con reducción de Cr debajo de la superficie y puede impedirse que se genere la SCC. (3) El contenido de Mn es de 1.5% a 5.0% en masa. Ya que ?i puede causar SCC y, por lo tanto, de preferencia su contenido se reduce. Sin embargo, si se reduce el contenido de ?i como un elemento de formación de austenita, se forma la martensita, así como la § ferrita. La § ferrita no sólo disminuye la resistencia y solidez del acero sino que también puede generar una SCC originada de la interfase entre la martensita y la ferrita. Por lo tanto, en lugar de reducir el contenido de Ni, puede aumentarse el contenido de Mn también como un elemento de formación de austenita para impedir que se forme la § ferrita, de manera que pueda impedirse la SCC a partir de la interfase . Considerando lo anterior, los inventores completaron la siguiente invención. Un OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención contiene, en masa, 0.005% a 0.1% C, 0.05% a 1% Si, 1.5% a 5% Mn, a lo sumo 0.05% P, a lo sumo 0.01% S, 9% a 13% Cr, a lo sumo 0.5% Ni, a lo sumo 2% Mo, a lo sumo 2% Cu, 0.001% a 0.1% Al y 0.001% a 0.1% N, con el resto siendo Fe e impurezas y el tubo tiene una región con reducción de Cr debajo de la superficie. En este caso, la región con reducción de Cr debajo de la superficie es un parte que tiene una concentración de Cr de 8.5% o menos en masa en el acero y estas regiones están extendidas, por ejemplo, en una región desde la superficie hasta una profundidad de menos de 100 µm hacia el interior del acero. La región con reducción de Cr está formada por ejemplo en la periferia de un carburo de cromo o en un contorno de grano. La región con reducción de Cr se especifica por ejemplo con el siguiente método. Se produce una muestra de película delgada desde una parte arbitraria en una región desde la superficie hasta una profundidad de menos de 100 µm hacia el interior del OCTG de acero inoxidable martensítico. La muestra de película delgada se produce por ejemplo con equipo de procesamiento de haz de iones focalizados (FIB) . El material de muestra de la película delgada se observa usando un microscopio electrónico de transmisión (TEM) y la concentración de Cr de la región observada es analizada con un espectrómetro de rayos X con dispersión de energía (EDS) instalado en el TEM, de manera que pueda determinarse la presencia de una región de Cr. El OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención no tiene una película pasiva formada en la superficie en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . El contenido de Ni que puede causar que se forme un cátodo es limitado. Por lo tanto, como se muestra en la Figura 7, en el OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención, puede impedirse que se genere la corrosión local en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas a pesar de la presencia de una región con reducción de Cr debajo de la superficie; la superficie total es corroída uniformemente a baja velocidad. El contenido de Mn, un elemento de formación de austenita como Ni, es aumentado de manera que la estructura pueda hacerse martensítica y puede impedirse la generación de la § ferrita. Por lo tanto, puede impedirse la SCC originada de la interfase. En consecuencia, el OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención tiene alta resistencia a la SCC.

El OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención contiene además de preferencia por lo menos uno de 0.005% a 0.5% Ti, 0.005% a 0.5% V, 0.005% a 0.5% Nb, 0.005% a 0.5% Zr. En este caso, cada uno de estos elementos se combina con C en el acero para formar un carburo fino. Por lo tanto, la solidez del acero es mejorada. Observe que la adición de estos elementos no afecta la resistencia a la SCC. El OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención contiene además de preferencia por lo menos uno de 0.0002% a 0.005% B, 0.0003% a 0.005% Ca, 0.003% a 0.005% Mg y 0.0003% a 0.005% de un elemento de tierras raras . En este caso, cada uno de estos elementos agregados mejora la maquinabilidad en caliente del acero. Observe que estos elementos no afectan la resistencia a la SCC. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista esquemática que muestra el concepto de la estructura del acero inoxidable 13Cr; La Figura 2 es una vista esquemática que muestra el concepto de la estructura del fantástico acero inoxidable martensítico 13Cr; La Figura 3 es una vista esquemática que muestra el concepto de la estructura del acero inoxidable martensítico sin revenido; La Figura 4 es una vista esquemática para usarse en la ilustración del concepto de cómo se genera una SCC en el acero inoxidable martensítico que tiene una película pasiva ahí formada; La Figura 5 es una vista que muestra el concepto de cómo el acero que contiene Ni y Cr es corroído en una etapa inicial; La Figura 6 es una vista que muestra el concepto de cómo el acero que contiene Ni y Cr es corroído; y La Figura 7 es una vista que muestra el concepto de cómo el OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención es corroído. MEJOR MODALIDAD PARA REALIZAR LA INVENCIÓN Ahora se describirá detalladamente una modalidad de la invención. 1. Composición Química El tubo de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la modalidad de la invención tiene la siguiente composición. En lo sucesivo, "%" relacionado con los elementos significa "% en masa" . C: 0.005% a 0.1% El carbono contribuye a la mejora en la resistencia del acero. Por otro lado, si el contenido de C es excesivo, un carburo de cromo es excesivamente precipitado y se origina una SCC del carburo de cromo.

Por lo tanto, el contenido de C está en la gama de 0.005% a 0.1%, de preferencia de 0.01% a 0.07%, más preferiblemente de 0.01% a 0.05%. Si: 0.05% a 1% El silicio se aplica efectivamente para desoxidar el acero. Por otro lado, Si es un elemento de formación de ferrita y, por lo tanto, un contenido excesivo de Si ocasiona que se genere la § ferrita, la cual disminuye la solidez del acero. Por lo tanto, el contenido de S es de 0.05% a 1%. Mn: 1.5% a 5% El manganeso es un elemento de formación de austenita y contribuye a la formación de una estructura martensítica. El contenido de Ni que también es un elemento de formación de austenita es reducido de acuerdo con la invención y, por lo tanto, el contenido de Mn es de preferencia aumentado con el fin de hacer martensítica la estructura de acero y obtener resistencia y solidez más altas . Además, Mn contribuye a la mejora en la resistencia a la SCC. El manganeso puede impedir que se genere la § ferrita e impedir que se origine una SCC de la interfase entre la § ferrita y la martensita. Por otro lado, un contenido excesivo de Mn disminuye la solidez. Por lo tanto, el contenido de Mn es de 1.5% a 5%, de preferencia de 1.7% a 5%, más preferiblemente de 2. O*? a > ~= . P: 0.05% o menos El fósforo es una impureza. El fósforo que es un elemento de formación de ferrita produce § ferrita y disminuye la solidez del acero. Por lo tanto, el contenido de P es de preferencia tan bajo como sea posible. El contenido de P es 0.05% o menos, de preferencia 0.02% o menos. S: 0.01% o menos El azufre es una impureza. El azufre que es un elemento de formación de ferrita produce § ferrita en el acero y disminuye la maquinabilidad en caliente del acero. Por lo tanto, el contenido de S es de preferencia tan bajo como sea posible. El contenido de S es 0.01% o menos, de preferencia 0.005% o menos. Cr: 9% a 13% El cromo contribuye a la mejora en la resistencia a la corrosión en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono. El cromo también puede disminuir la velocidad de corrosión cuando la superficie total del acero está corroída. Por otro lado, Cr es un elemento de formación de ferrita y un excesivo contenido de Cr ocasiona que se genere la § ferrita, el cual disminuye la maquinabilidad en caliente y la solidez . Demasiado Cr también ocasiona que se forme una película pasiva. Por lo tanto, el contenido de Cr es de 9% a 13%. Ni: 0.5% o menos El níquel es una impureza de acuerdo con la invención. Como se describió arriba, los iones de Ni impiden que el pH de la solución sea disminuido y, por lo tanto, disminuyen la resistencia a la SCC. De esta manera, en el tubo de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la modalidad, el contenido de Ni es de preferencia lo más bajo posible. Por lo tanto, el contenido de Ni es de 0.5% o menos, de preferencia de 0.25% o menos, más preferiblemente 0.1% o menos. Mo: 2% o menos Cu: 2% o menos El OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la invención no tiene película pasiva formada y la superficie total es corroída a baja velocidad de corrosión. El molibdeno y el cobre sirven para estabilizar y mejorar una película pasiva y por lo tanto los contenidos de Mo y Cu son de preferencia tan bajos como sea posible. Por lo tanto, los contenidos de Mo y Cu son ambos de 2% o menos. De preferencia, el contenido de Mo es de 1% o menos y el contenido de Cu es de 1% o menos . Al: 0.001% a 0.1% El aluminio es eficazmente aplicable como un agente desoxidante. Por otro lado, un contenido excesivo de Al aumenta las inclusiones no metálicas en el acero, el cual disminuye la solidez y resistencia a la corrosión del acero. Por lo tanto, el contenido de Al es de 0.001% a 0.1%. N: 0.001% a 0.1% El nitrógeno es un elemento de formación de austenita e impide que se genere la § ferrita, logrando así que la estructura del acero sea martensítica. Por otro lado, demasiado N aumenta excesivamente la resistencia y disminuye la solidez. Por lo tanto, el contenido de N es de 0.001% a 0.1%, de preferencia de 0.01% a 0.08%. Observe que el resto consta de Fe e impurezas . El tubo de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la modalidad contiene además por lo menos uno de Ti, V, Nb y Zr, si se requiere. Ahora se proporcionará una descripción de estos elementos . Ti: 0.005% a 0.5% V: 0.005% a 0.5% Nb: 0.005% a 0.5% Zr: 0.005% a 0.5% Estos elementos se acoplan cada uno con C para producir un carburo fino y mejorar la solidez del acero. Los elementos también impiden que se genere un carburo de cromo y por lo tanto se impide que disminuya la cantidad de solución sólida de Cr. Si el contenido de cada uno de estos elementos debe establecerse en la gama de 0.005% a 0.5%, pueden proporcionarse estas ventajas de manera efectiva. Observe que la excesiva adición de estos elementos aumenta la cantidad de carburos que se generarán, lo cual disminuye la solidez del acero. El OCTG de acero inoxidable martensítico de acuerdo con la modalidad incluye además por lo menos uno de B, Ca, Mg y REM, si se requiere. Ahora se proporcionará una descripción de estos elementos . B: 0.0002% a 0.005% Ca: 0.0003% a 0.005% Mg: 0.0003% a 0.005% REM: 0.0003% a 0.005% Observe que estos elementos contribuyen a la mejora en la maquinabilidad en caliente del acero. Si el contenido de los elementos se establece en las gamas antes descritas, pueden proporcionarse las ventajas de manera efectiva. Observe que el contenido excesivo de estos elementos disminuye la solidez del acero y disminuye la resistencia a la corrosión en un ambiente corrosivo. Por lo tanto, el contenido de estos elementos están de preferencia todos en la gama de 0.0005% a 0.003%, más preferiblemente de 0.0005% a 0.002%. 2. Método de Fabricación El acero fundido que tiene la composición química antes descrita es producido por fusión en alto horno u horno eléctrico. El acero fundido producido se somete a un proceso de desgasificación. El proceso de desgasificación puede realizarse mediante la AOD (Descarburización con Argón-Oxígeno) o VOD (Descarburización con Oxígeno al Vacío) . De manera alterna, pueden combinarse el AOD y VOD. El acero fundido desgasificado se forma en un material de fundición con solidificación continua mediante un proceso de fundición con solidificación continua. El material de fundición con solidificación continua es por ejemplo un desbaste, barra, o palanquilla. De manera alternativa, el acero fundido puede convertirse en lingotes mediante un método de colada de lingotes .

El desbaste, barra, o lingote se convierte en palanquillas mediante el maquinado en caliente. En ese momento, las palanquillas pueden formarse mediante la laminación en caliente o forjadura en caliente. Las palanquillas producidas por fundición con solidificación continua o maquinado en caliente se someten a otro maquinado en caliente y se convierten en tubos de acero inoxidable martensítico para pozos petroleros . El proceso de Mannesmann se emplea como el método de maquinado en caliente. Por ejemplo, pueden realizarse el proceso del tren laminador de tubos con mandril Mannesmann, el proceso del tren laminador cerrado sobre mandril Mannesmann, proceso del laminador tren de tubos de paso de peregrino, proceso del tren laminador Mannesmann Assel o semejantes. De manera alternativa,, el proceso de extrusión en caliente Ugine-Sejournet puede emplearse como el maquinado en caliente, mientras que un método de fabricación de tubos para forjar como el método Ehrhardt puede emplearse. La temperatura de calentamiento durante el maquinado en caliente es de preferencia de 1100° C a 1300° C, porque si la temperatura de calentamiento es demasiado baja, se dificulta el maquinado en caliente. Si la temperatura es demasiado alta, se genera la § ferrita, la cual degrada las propiedades mecánicas o la resistencia a la corrosión. La temperatura de acabo para el material ' durante el maquinado en caliente es de preferencia de 800° C a 1150° C. El tubo de acero después del maquinado en caliente es enfriado a temperatura ambiente. El tubo puede enfriarse con aire o agua. El tubo de acero después del enfriamiento no se somete al proceso de revenido. Observe que después de enfriarse a temperatura ambiente enseguida de la laminación en caliente, el tubo de acero puede someterse a tratamiento térmico con solución. Más específicamente, después de 'enfriarse a temperatura ambiente, el tubo de acero se calienta en 800° C a 1100° C, por un periodo establecido y después se enfría. El periodo de calentamiento es de preferencia de 3 a 30 minutos aunque no está limitado a la gama específica. Observe que después del tratamiento térmico de solución, no se realiza el proceso de revenido. Se forma una región con reducción de Cr debajo de la superficie del OCTG de acero inoxidable martensítico producido por los pasos antes descritos y se forma una cascarilla de laminación en la superficie . La cascarilla de laminación puede retirarse mediante chorreo con granalla o semejante. Ejemplo I Los materiales de muestra que tienen las composiciones químicas proporcionadas en la Tabla 1 se produjeron y examinaron en cuanto a su resistencia, solidez y resistencia a la SCC.

Tabla I *Fuera de la gama de la invención.

El acero que tiene las composiciones químicas proporcionadas en la Tabla 1 se fundió. Como se muestra en la Tabla 1, las composiciones químicas de los materiales de muestra 1 a 11 estuvieron dentro de la gama de las composiciones químicas de acuerdo con la invención. Los materiales de muestra 1 y 2 tienen la misma composición química. Mientras tanto, en los materiales de muestra 12 a 15, el contenido de cualquiera de los elementos está fuera de la gama de la invención. El acero fundido de los materiales de muestra 1 y 3 a 15 se fundió en lingotes . Los lingotes producidos se calentaron durante dos horas a 1250° C y después se forjaron usando una máquina de forjado en palanquillas redondas. Las palanquillas redondas se calentaron a 1250° C durante una hora y las palanquillas redondas calentadas son punzonadas y alargadas mediante el proceso del tren laminador de tubos con mandril Mannesmann, de manera que se formaron múltiples tubos de acero sin costuras (artículos tubulares para campos petroleros) . Los tubos de acero sin costuras después del alargamiento se enfriaron con aire y se convirtieron en materiales de muestra. Las cascarillas de laminación se adhirieron a las superficies interiores de los materiales de muestra enfriados con aire. El material de muestra 2 se formó como sigue. El acero que tiene la composición química proporcionada en la Tabla 1 se formó en acero fundido y después se convirtió en tubos de acero sin costuras mediante el mismo proceso que el realizado para los demás materiales de muestra. Después, los tubos de acero sin costuras se sometieron a tratamiento térmico con solución. Más específicamente, los tubos de acero sin costuras se calentaron a 1050° C durante 10 minutos y después los tubos de acero sin costuras calentados se enfriaron rápidamente . En cada uno de los materiales de muestra, de algunos de los múltiples tubos de acero sin costuras producidos se retiraron las cascarillas de laminación en las superficies interiores mediante el chorreo con granalla. (En lo sucesivo, los tubos de acero sin costuras se denominarán como "acero desoxidado" . ) Los demás tubos de acero sin costuras tenían intactas las cascarillas de laminación adheridas en sus superficies interiores. (En lo sucesivo, éstos se denominarán como "acero con cascarillas de laminación".) En breve, se prepararon dos tipos de tubos de acero sin costuras de cada uno de los materiales de muestra. Se examinó la presencia/ausencia de una región con reducción de Cr debajo de las superficies interiores del acero con cascarillas de laminación y el acero desoxidado. De manera más preferente, se produjo una muestra de película delgada de una parte dentro de 100 µm de la superficie interior del acero con cascarillas de laminación usando una máquina de haz de iones focalizados (FIB) . La muestra de película delgada se observó usando un microscopio electrónico de transmisión (TEM) y la concentración de Cr de la región observada se analizó con un haz que tiene un tamaño de 1.5 nm emitido de un espectrómetro de rayos X con dispersión de energía (EDS) instalado en el TEM. Como resultado de la observación por TEM, todos los tubos de acero sin costuras tuvieron una región con reducción de Cr debajo de sus superficies interiores . Usando los materiales de muestra producidos, se examinaron la fuerza y la resistencia a la SCC de los materiales de muestra. 1. Prueba de Fuerza Con el fin de examinar la fuerza de los materiales de muestra, se produjo una pieza de prueba de tracción No . 4 basada en JIS Z2201 de cada uno de los materiales de muestra. Usando las piezas de prueba de tracción de hierro redondo, se realizaron pruebas de tracción basadas en JIS Z2241 y se obtuvieron sus límites elásticos (MPa) . 2. Prueba de Resistencia a la SCC Se produce un espécimen de viga de flexión de cuatro puntos cada uno del acero con cascarillas de laminación y el acero desoxidado de cada uno de los materiales de muestra y los especímenes se sometieron a pruebas de fisura por corrosión bajo tensión en un ambiente húmedo de gas de dióxido de carbono a altas temperaturas . Los especímenes tienen cada uno una longitud de 75 mm, un ancho de 10 mm y un grosor de 2 mm en la dirección longitudinal del tubo de acero sin costuras y una superficie de cada espécimen (75 mm x 10 mm) sirvió como la superficie interior del tubo de acero. En breve, se produjo un espécimen que tiene una superficie escamosa (superficie con cascarillas de laminación) del acero con cascarillas de laminación y se produjo un espécimen del cual se retiraron las cascarillas de la superficie mediante el chorreo con granalla (superficie desoxidada) del acero desoxidado. Los especímenes se sometieron a pruebas de flexión de cuatro puntos. Más específicamente, se aplicó 100% de tensión real en cada espécimen de acuerdo con el método ASTM G39. En ese momento, se aplicó el esfuerzo por tracción en la superficie con cascarillas de laminación y la superficie desoxidada. En lo sucesivo, los especímenes se .sumergieron en una solución acuosa de NaCl al 25% que tiene gas de C02 de 30 barios saturado en la misma y mantenido a 100° C. El tiempo de la prueba fue de 720 horas . Después de las pruebas, se examinó una sección de cada uno de los especímenes en cuanto a la presencia / ausencia de fisuras visualmente o a través de un microscopio óptico en potencia 100. Las composiciones químicas de las superficies se analizaron usando un dispositivo de espectroscopia de rayos X con dispersión de energía (EDX) con el fin de determinar la presencia o ausencia de una película pasiva en las superficies del espécimen después de las pruebas y los corapuestos formados en las superficies se sometieron a análisis de rayos X. 3. Resultados de Prueba Los resultados de prueba se proporcionan en la Tabla 1. La unidad del límite elástico en la Tabla 2 es MPa. "O" para la resistencia a la SCC indica que no se generó ninguna fisuración y "X" indica que hubo una fisuración.

Como puede verse, los materiales de muestra 1 a 11 tuvieron cada uno un límite elástico más alto que 758 MPa y tuvieron suficiente resistencia como un artículo tubular para campos petroleros aunque se omitió el proceso de revenido. Observe que el material de muestra 2 sometido a tratamiento térmico con solución tuvo alta resistencia. Los materiales de prueba 1 a 11 se examinaron por su solidez y los materiales de muestra 6 a 8 que contienen por lo menos uno de Ti, V, Nb y Zr tuvieron solidez más alta que los materiales de muestra 1 a 5. De manera más específica, el vTrs de los materiales de muestra 6 a 8 es más alto que el vTrs de los demás materiales de muestra en 10° C o más. Los materiales de muestra 1 a 11 después de la fabricación de tubos se observaron visualmente por la presencia/ausencia de defectos y como resultado de ello se encontró que los materiales de muestra 9 a 11 que contienen por lo menos uno de B, Ca, Mg y REM tuvieron maquinabilidad más alta que los materiales de muestra 1 a 8. Además, el acero escamoso y el acero desoxidado de los materiales de muestra 1 a 11 no tuvieron fisuraciones en las pruebas de resistencia a la SCC y tuvieron alta resistencia a la SCC. Como resultado de EDX y el análisis con rayos X después de las pruebas de SCC, no se generó alguna película pasiva en los materiales de muestra 1 a 11. Más específicamente, se encontraron materiales amorfos con Cr y con Fe probablemente generados por corrosión en las superficies de los materiales de muestra 1 a 11 después de las pruebas de SCC. Mientras tanto, los materiales de muestra 12 a 15 tuvieron una SCC tanto en el acero escamoso, como en el acero desoxidado. De manera más específica, el material de muestra 12 tuvo su resistencia demasiado elevada por su alto contenido de C y tuvo una SCC que probablemente fue ocasionada por la formación de § ferrita por su bajo contenido de Mn. El material de muestra 13 tuvo una SCC que probablemente fue ocasionada por una película pasiva inestable formada debido a su alto contenido de Mo. El material de muestra 14 tuvo una SCC debido a su alto contenido de Ni. El material de muestra 15 tuvo una SCC debido a su alto contenido de Ni, N y Cu. Aunque la presente invención se ha descrito e ilustrado en forma detallada, queda claramente entendido que la misma es sólo a manera de ilustración y ejemplo y no debe tomarse como una limitación. La invención puede representarse en varias formas modificadas sin desviarse del espíritu y alcance de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petroleros, que comprende, en masa, de 0.005% a 0.1% C, 0.05% a 1% Si, 1.5% a 5% Mn, a lo sumo 0.05% P, a lo sumo 0.01% S, 9% a 13% Cr, a lo sumo 0.5% Ni, a lo sumo 2% Mo, a lo sumo 2% Cu, 0.001% a 0.1% Al y 0.001% a 0.1% N, con el resto siendo Fe e impurezas; el tubo teniendo una región con reducción de Cr debajo de la superficie. 2. El artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petroleros de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende por lo menos uno de 0.005% a 0.5% Ti, 0.005% a 0.5% V, 0.005% a 0.5% Nb y 0.005% a 0.5% Zr. 3. El artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petroleros de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que además comprende por lo menos uno de 0.0002% a 0.005% B, 0.0003% a 0.005% Ca, 0.003% a 0.005% Mg y 0.0003% a 0.005% de un elemento de tierras raras .