Tratamiento de ajuste de superficie previo al tratamiento químico de un producto de acero.

Método de fabricación de un elemento de acero con superficie tratada caracterizado por el tratamiento de un elemento de acero con una solución de acondicionamiento de superficie con un pH en el rango de 7,

8-9,8, que contiene tetraborato de potasio o tetraborato de sodio y no contiene iones de fosfato, seguido de la realización de un tratamiento por conversión química con fosfato.

Tratamiento de ajuste de superficie previo al tratamiento químico de un producto de acero Campo técnico

La presente invención hace referencia a una solución de acondicionamiento de superficie que se utiliza para tratar un elemento de acero, y en particular a una junta roscada para tuberías de acero tales como las tuberías OCTG (tubos para pozos de petróleo y gas o tuberías para pozos de petróleo y gas), previamente al tratamiento de conversión química con fosfato, además, a un método para el tratamiento de superficie para un elemento de acero y a un elemento de acero con tratamiento de superficie y en particular a una junta roscada para tuberías de acero en las que se utiliza la solución de acondicionamiento de superficie. Realizando un acondicionamiento de superficie de acuerdo a la presente invención, la resistencia a la excoriación (o resistencia a escoriación) de una junta roscada para tuberías de acero tales como las tuberías OCTG, puede ser mejorada notablemente.

Arte previo

El tratamiento de conversión química de un elemento de acero es una reacción química del acero con un tipo de solución corrosiva para formar un revestimiento adherente de un producto de corrosión en la superficie del elemento de acero. Dependiendo del tipo de solución corrosiva que se utilice, el tratamiento de conversión química incluye tratamiento con fosfato, tratamiento con cromato, tratamiento con oxalato y similares. Entre otros, el tratamiento de conversión química con fosfato (también denominado tratamiento de fosfato o fosfatación), es ampliamente utilizado en la industria automovilística para formar un revestimiento de substrato para la preparación de la superficie previo al revestimiento por electrodeposición de una lámina de acero.

En una lámina de acero para un automóvil, se lleva a cabo un tratamiento de conversión química con fosfato para la preparación de la superficie previamente al revestimiento con pintura, para aumentar la adhesión de un revestimiento de pintura aplicada por electrodeposición. Es deseable para este tratamiento formar un revestimiento de fosfato denso compuesto de granos de cristal finos. Para asegurar que un revestimiento de fosfato de este tipo se forme mediante tratamiento de conversión química con fosfato, es conocido que una lámina de acero se somete, previamente al tratamiento, a un acondicionamiento de superficie utilizando una solución de acondicionamiento que contiene iones de fosfato e iones de metales alcalinos.

Por ejemplo, las patentes JP-A 57-82478 (Documento 1), JP-A 10-245685 (Documento 2), y JP-A 2000-96256 (Documento 3) revelan que puede formarse un revestimiento denso por conversión química que tiene granos de cristal extremadamente finos, tratando un material de acero con una solución de acondicionamiento de superficie que contenga una mezcla de "un fosfato de metales alcalinos como un componente principal y una pequeña cantidad de un compuesto de titanio y un clorato", "finas partículas de fosfato y una sal de metales alcalinos, una sal de amonio, o similares", o "finas partículas de fosfato y un acelerador (compuesto orgánico)", respectivamente, seguido de un tratamiento de conversión química con una solución de fosfato (tratamiento de fosfatación).

El propósito de cada una de estas técnicas de acondicionamiento de superficie reside en la densificación y refinamiento de un revestimiento con fosfato que se forma mediante fosfatación, y la propia solución de acondicionamiento de superficie contiene tanto iones de metales alcalinos como iones de fosfato.

Los productos OCTG tales como tubos y carcasas que se utilizan cuando se excavan pozos de petróleo, se conectan entre sí generalmente mediante juntas roscadas. La profundidad de los pozos de petróleo es habitualmente de 2.000 - 3.000 metros, pero en los últimos años se ha logrado en ocasiones los 8.000 - 10.000 metros de profundidad en pozos de campos petrolíferos en alta mar y similares.

Cuando se colocan en el entorno de su uso, dichas juntas roscadas que conectan las tuberías OCTG continúan recibiendo la acción de múltiples presiones incluyendo fuerzas de tracción axiales del peso de las OCTG y las propias juntas, y presiones de la superficie interna y externa, además del propio calor subterráneo. Por lo tanto, se requiere que las juntas mantengan estanqueidad al gas y estanqueidad a los líquidos sin romperse incluso en dichos entornos. En el momento de bajar las tuberías y carcasas a un pozo, existen casos en los que una junta que se ha apretado se afloja y a continuación se vuelve a apretar. Según el API (Instituto Americano del Petróleo), se requiere que la estanqueidad al gas y la estanqueidad a líquidos se mantengan sin que ocurra una excoriación, que es un gripado grave que no puede ser reparado, incluso cuando la acción de apretar (unión) y de aflojamiento (desconexión) se repiten 10 veces para una junta para tuberías o 3 veces para una junta para carcasas.

Una típica junta roscada para tuberías OCTG tiene una estructura de unión macho-hembra capaz de formar un sellado por contacto metal-metal. En una junta de ese tipo, se forma una rosca macho en el extremo de un tubo para pozos de petróleo para formar un acople macho, una rosca hembra se forma en la superficie interna de un elemento de conexión roscado (un acoplamiento) para formar un acople hembra, y se proporciona una parte de contacto del

metal no roscada en el extremo de la parte macho y en una posición correspondiente en la parte hembra. Al conectar los dos elementos, las partes de contacto del metal no roscadas de la unión macho y hembra entran en contacto entre sí y forman una junta por contacto metal-metal. En el momento del apriete, se aplica un lubricante líquido, al que se hace referencia como una grasa compuesta, que contiene polvo de metales pesados para mejorar la resistencia a la excoriación, la estanqueidad al gas, y la estanqueidad a líquidos. Existen también juntas roscadas que no necesitan un acoplamiento y que proporcionan una rosca macho y una parte de contacto del metal no roscada en un extremo de un tubo de acero para formar un acople macho, y proporcionan una rosca hembra y una parte de contacto del metal no roscada en el otro extremo para formar un acople hembra.

Las partes roscadas y las partes de contacto del metal no roscadas de una junta roscada están algunas veces sometidas a un tratamiento de conversión química con fosfato, y en particular a un tratamiento de conversión química con fosfato de manganeso, fundamentalmente con el objeto de mejorar su capacidad de retener la grasa compuesta sobre las mismas y de ese modo mejorar las propiedades de deslizamiento (resistencia a la excoriación) y la estanqueidad al gas y a líquidos de la junta. Sin embargo, si las técnicas descritas anteriormente para el tratamiento de conversión química con fosfato, que fue desarrollada para la preparación de la superficie de una lámina de acero para automóviles previamente a su revestimiento con pintura, y para el acondicionamiento de superficie que se realiza previamente al tratamiento con fosfato, se aplican sin modificación, puede que no sea posible lograr el objeto anterior.

Se han realizado una cantidad de propuestas en relación al tratamiento de conversión química con fosfato para mejorar la resistencia a la excoriación de una junta roscada para tuberías OCTG.

Por ejemplo, la patente JP-A 5-117870 (Documento 4) revela que la resistencia a la excoriación y la resistencia al desgaste se mejoran formando irregularidades en la superficie con una rugosidad media de 20 - 60 micrómetros en la superficie de una junta para tuberías OCTG antes de que la superficie sea sometida a tratamiento de conversión química con fosfato.

La patente JP-A 2001-335956 (Documento 5) revela, a continuación de un acondicionamiento de superficie o desbaste superficial estándar, la realización de un tratamiento de conversión química en la superficie de una junta para tuberías OCTG de acero que contiene Cr, utilizando una solución para el tratamiento de conversión química con fosfato que tenga una relación del número de acidez total, el valor de acidez libre, y de acidez ajustada para que se encuentre dentro de un rango prescrito. El revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso que se forma es denso con granos de cristal finos.

Las patentes JP-A 60-121385 (Documento 6), JP-A 6-346988 (Documento 7), y JP-A 7-139665 (Documento 8) revelan que la resistencia a la excoriación de una junta roscada para tuberías OCTG realizadas de acero inoxidable con alto contenido en cromo, con un contenido en Cr de al menos aproximadamente 10 por ciento en peso, puede ser aumentada "formando un revestimiento con revestimiento electrolítico de Fe que... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de un elemento de acero con superficie tratada caracterizado por el tratamiento de un elemento de acero con una solución de acondicionamiento de superficie con un pH en el rango de 7,8-9,8, que contiene tetraborato de potasio o tetraborato de sodio y no contiene iones de fosfato, seguido de la realización de un

5 tratamiento por conversión química con fosfato.

2. Método según la reivindicación 1 en donde el tratamiento por conversión química con fosfato es un tratamiento por conversión química con fosfato de manganeso.

3. Elemento de acero con superficie tratada que comprende un revestimiento por conversión química con fosfato de manganeso con un diámetro medio del grano de cristal de 10 - 110 micrómetros formado en la superficie de un

10 elemento de acero, donde dicho elemento de acero con superficie tratada se puede obtener mediante el método de la reivindicación 2.

4. Elemento de acero con superficie tratada según la reivindicación 3 en donde el elemento de acero es una junta roscada para tuberías de acero.

5. Elemento de acero con superficie tratada según la reivindicación 3 en donde el elemento de acero es una junta 15 roscada para tuberías OCTG (tubos para pozos de petróleo y gas).