BR112016001817B1 - Placa espessa de aço e método para fabricar a mesma - Google Patents

Placa espessa de aço e método para fabricar a mesma Download PDF

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Abstract

placa espessa de aço e método para fabricar a mesma. placa espessa de aço excelente em soldagem de entrada grande de calor e uniformidade de propriedades de material ao longo da placa de aço e a um método para fabricar a placa de aço. a placa espessa de aço tem uma composição química que contém, em % em massa, de c: 0,030% ou mais e 0,080% ou menos, de si: 0,01% ou mais e 0,10% ou menos, de mn 1,20% ou mais e 2,40% ou menos, de p: 0,008% ou menos, de s: 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos, de al: 0,005% ou mais e 0,080% ou menos, de nb: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de ti: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de n: 0,0030% ou mais e 0,0100% ou menos, de b: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos, e sendo que o saldo é de fe e impurezas inevitáveis e contém adicionalmente, conforme necessário, um, dois ou mais de cu, ni, cr, mo, v, ca, zr, rem, em que uma largura de variação (deltahv) de dureza vickers (hv), em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura, é 30 ou menos. o método inclui aquecer um material de aço que tem a composição química descrita acima, a uma temperatura de 1.000 °c ou mais alta e 1.300 °c ou mais baixa, laminar a quente o material de aço aquecido, e realizar a desincrustação, usando-se um fluxo a jato com uma pressão de colisão de 1 mpa ou mais na superfície da placa de aço, imediatamente antes de o resfriamento acelerado ser subsequentemente realizado, e, após o mesmo, realizar o resfriamento acelerado.

Description

PLACA ESPESSA DE AÇO E MÉTODO PARA FABRICAR A MESMA CAMPO DA TÉCNICA
[0001] A presente invenção refere-se a uma placa espessa de aço que é usada para várias estruturas de aço nos campos, por exemplo, de navios, estruturas marinhas, construção e tubos de aço, em particular, a uma placa espessa de aço que é submetida à soldagem de grande aporte térmico e a um método que pode, preferencialmente, ser usado para fabricar a placa de aço.
TÉCNICA ANTECEDENTE
[0002] De modo geral, as estruturas de aço que são usadas nos campos de, por exemplo, navios, estruturas marinhas, construção e tubos de aço são concluídas realizando-se soldagem e junção, de modo que as estruturas tenham configurações desejadas. Então, do ponto de vista de garantia da segurança das estruturas, exige-se que essas estruturas sejam construídas usando-se materiais de aço que não tenham apenas excelentes propriedades de material de uma placa de aço de base, ou seja, resistência, tenacidade e prolongamento, que são propriedades básicas de materiais de aço, mas também excelentes propriedades de zona de solda, particularmente a resistência de uma junta e a tenacidade de uma junta.
[0003] Além disso, atualmente, visto que há uma tendência de que os navios e as estruturas de aço sejam grandes, embora haja um desejo de que um aumento na resistência e na espessura de materiais de aço seja usado, muita atenção está sendo dada ao ponto de vista do suprimento de um aumento em custos de fornecimento, devido a um aumento marcado no peso de materiais de aço usados. Então, há uma tendência em direção a racionalizar os custos de fabricação gerais, adotando-se projetos que não causam um aumento excessivo na resistência e na espessura de placas de aço e usando-se métodos de soldagem de grande aporte térmico de alta eficácia, tais como soldagem por arco submerso, soldagem por arco de eletrogás e soldagem por eletroescória para uma operação de soldagem. Especificamente, sob a suposição de que os métodos de soldagem de grande aporte térmico mencionados acima sejam usados, antecipa-se que a faixa de aplicação de uma placa de aço cuja resistência e espessura não são excessivamente grandes, ou seja, uma placa de aço que tem uma resistência de cerca de 550 a cerca de 750 N/mm2 em termos de resistência à tração, e uma espessura de 50 mm ou menos será estendida.
[0004] De modo geral, uma placa espessa de aço, que tem a resistência e a espessura mencionadas acima, é fabricada usando-se uma, assim chamada, técnica de TMCP, em que a laminação controlada e a têmpera são combinados, por exemplo, a fim de aprimorar as propriedades de uma placa de aço, a fim de diminuir a quantidade de elementos químicos de liga adicionados e a fim de omitir um tratamento térmico. Uma técnica de TMCP tem uma vantagem de que é possível alcançar uma resistência satisfatória para um metal de base adicionando-se uma quantidade comparativamente pequena de elementos químicos de liga, devido ao fato de que é possível garantir uma taxa de resfriamento alta na técnica de TMCP. Por outro lado, visto que a superfície de uma placa de aço é resfriada mais rapidamente do que a porção mais interna da placa de aço, a porção nas proximidades da superfície da placa de aço tem dureza mais alta do que a porção interna da placa de aço, que pode resultar em variações na dureza na direção da espessura. Além disso, visto que há um caso em que a têmpera não é realizada uniformemente ao longo da superfície de uma placa de aço, pode haver um efeito negativo na uniformidade de propriedades de material ao longo da placa de aço, especificamente, a propriedade de alongamento da placa de aço.
[0005] A fim de solucionar os problemas descritos acima, várias soluções foram propostas como partes de uma técnica de TMCP. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 revela um método para suprimir um aumento na dureza da superfície comparada com aquela da porção central, na direção da espessura, controlando-se a têmpera a ser realizada a uma taxa de resfriamento comparativamente baixa, de 3 a 12 °C/s. Além disso, a Literatura de Patente 2 revela um método para fabricar uma placa de aço que tem uma variação pequena nas propriedades de material, na direção de espessura, em que a diferença na dureza entre a camada de superfície e a porção central, na direção de espessura da placa de aço, é diminuída formando-se uma microestrutura de fase dupla composta por ferrita e bainita na placa de aço, como resultado da manutenção da placa de aço em uma faixa de temperatura em que a ferrita é precipitada no meio de um processo de resfriamento. Além disso, a Literatura de Patente 3 e a Literatura de Patente 4, que focam na relação entre as propriedades de incrustação da superfície de uma placa de aço e uma taxa de resfriamento, quando a placa de aço é submetida a têmpera, revelam métodos para aprimorar o formato de uma placa de aço, realizando-se a decapagem imediatamente antes de o resfriamento ser realizado, a fim de diminuir uma variação no efeito de resfriamento devido às propriedades de incrustação. Entende-se que todas essas técnicas se destinam a alcançar, não apenas a uniformidade de propriedades de material, mas também a alta tenacidade, diminuindo-se o diâmetro de grão de cristal.
[0006] Por outro lado, conforme descrito acima, há uma tendência ao uso de uma soldagem de grande aporte térmico altamente eficiente para a operação de soldagem de uma placa de aço. Entretanto, em uma zona afetada por calor (também chamada ZAC) que é formada como resultado da realização da soldagem de grande aporte térmico, há uma diminuição na tenacidade de uma junta devido à eliminação do efeito descrito acima de uma diminuição no diâmetro de grão de crista alcançada realizando-se vários tipos de processos de laminação controlada e têmpera e, ao mesmo tempo, há uma diminuição na resistência de uma junta devido à formação de uma região amolecida na junta e, então, contramedidas para solucionar adicionalmente esses problemas são exigidas.
[0007] Conforme os exemplos amplamente conhecidos entre tais contramedidas, uma técnica para suprimir um aumento no diâmetro de grão de grãos de austenita dispersando-se finamente em TiN de aço, que é comparativamente estável em uma faixa de temperatura alta durante a soldagem, foi proposta e um método para compensar uma diminuição na tenacidade à baixa temperatura de uma junta adicionando-se uma quantidade apropriada de Ti e B em aço foi proposto, conforme descrito na Literatura de Patente 5.
[0008] Além disso, conforme descrito na Literatura de Patente 6, um método para alcançar alta resistência para uma placa de aço e propriedades satisfatórias para uma junta, em particular, tenacidade satisfatória para uma ZAC aperfeiçoando-se a quantidade de Nb adicionada em aço, foi proposto. Entretanto, o efeito das contramedidas contra a soldagem de grande aporte térmico tipificada por aquelas reveladas na Literatura de Patente 5 e na Literatura de Patente 6, na uniformidade das propriedades de material de uma placa de aço, não foi verificado.
LISTA DE CITAÇÕES LITERATURA DE PATENTE
[0009] [PTL 1] Publicação de Pedido de Patente Examinada Japonesa no 7-116504
[0010] [PTL 2] Patente Japonesa n o 3911834
[0011] [PTL 3] Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa nº 9-57327
[0012] [PTL 4] Patente Japonesa n o 3796133
[0013] [PTL 5] Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa nº 2005-2476
[0014] [PTL 6] Publicação de Pedido de Patente Não Examinada Japonesa nº 2011-074448
SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA
[0015] A presente invenção foi desenvolvida em vista da situação descrita acima e fornece uma placa espessa de aço que tem uma espessura de 50 mm ou menos que é dotada de propriedades satisfatórias exigidas para uma junta soldada por grande aporte térmico e que tem propriedades de material aprimoradas para uma placa de aço, em particular, uma propriedade de alongamento da espessura total aprimorada, diminuindo-se as variações na dureza, na direção da espessura e na direção de largura de uma placa de aço, junto com um método vantajoso para fabricar a placa de aço.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
[0016] A presente invenção foi concluída, a fim de solucionar os problemas descritos acima, como resultado do aperfeiçoamento de um projeto de composição química, como uma contramedida contra a soldagem de grande aporte térmico, investigações em relação às condições de fabricação para aprimorar a uniformidade de propriedades de material dentro de uma placa de aço e muitos experimentos e investigações em relação aos valores de limiar de propriedades de material para alcançar uniformidade satisfatória. Ou seja, a matéria da presente invenção é conforme a seguir:
[0017] 1. Placa espessa de aço excelente em termos de características de soldagem de grande aporte térmico e uniformidade de propriedades de material, sendo que a placa de aço tem uma composição química que contém, em % em massa, de C: 0,030% ou mais e 0,080% ou menos, de Si: 0,01% ou mais e 0,10% ou menos, de Mn: 1,20% ou mais e 2,40% ou menos, de P: 0,008% ou menos, de S: 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos, de Al: 0,005% ou mais e 0,080% ou menos, de Nb: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de Ti: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de N: 0,0030% ou mais e 0,0100% ou menos, de B: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos e sendo que o saldo é de Fe e impurezas inevitáveis, em que uma faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV), em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura, é 30 ou menos.
[0018] 2. A placa espessa de aço excelente em termos de características de soldagem de grande aporte térmico e uniformidade de propriedades de material, de acordo com o item 1, em que a placa de aço tem a composição química que contém adicionalmente, em % em massa, um, dois ou mais de Cu: 1,00% ou menos, Ni: 1,00% ou menos, Cr: 1,00% ou menos, Mo: 0,50% ou menos, de V: 0,10% ou menos.
[0019] 3. A placa espessa de aço excelente em termos de características de soldagem de grande aporte térmico e uniformidade de propriedades de material, de acordo com o item 1 ou 2, em que a placa de aço tem a composição química que contém adicionalmente, em % em massa, um, dois ou todos de Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Zr: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos e TERRAS RARAS: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos.
[0020] 4. Um método para fabricar uma placa espessa de aço excelente em termos de características de soldagem de grande aporte térmico e uniformidade de propriedades de material que tem uma faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV) em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura de 30 ou menos, sendo que o método inclui aquecer um material de aço que tem a composição química de acordo com qualquer um dos itens 1 a 3 a uma temperatura de 1.000 °C ou mais alta e 1.300 °C ou mais baixa, laminar a quente o material de aço aquecido, realizar a decapagem através de uma colisão de um fluxo a jato na superfície da placa de aço laminada a quente com uma pressão de colisão do fluxo a jato de 1 MPa ou mais na superfície da placa de aço e, então, realizar imediatamente a têmpera a uma temperatura de parada de resfriamento média de 200 °C ou mais alta e 600 °C ou mais baixa em termos de uma temperatura de placa de aço a uma taxa de resfriamento média de 10 °C/s ou mais em termos de uma temperatura de placa de aço.
[0021] 5. Método para fabricar uma placa espessa de aço, de acordo com o item 4, sendo que o método inclui adicionalmente realizar revenido a uma temperatura igual a ou inferior ao ponto de transformação Ac1, após a têmpera ter sido parada.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[0022] De acordo com a presente invenção, é possível obter uma placa espessa de aço excelente em termos tanto de uniformidade de propriedades de material quanto das propriedades de uma junta soldada por grande aporte térmico e um método para fabricar a placa espessa de aço que tem um efeito significativo na indústria.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES
[0023] Doravante, as condições de limitação da presente invenção serão descritas. Aqui, % é usado ao descrever uma composição química sempre representa a % em massa.
[0024] C: 0,030% ou mais e 0,080% ou menos
[0025] C é um elemento químico que aumenta a resistência de um material de aço e é necessário que o teor de C seja 0,030% ou mais a fim de alcançar a resistência exigida para o aço estrutural. Por outro lado, visto que a martensita isolada tende a ser formada em uma ZAC soldada por grande aporte térmico, no caso em que o teor de C é maior do que 0,080%, o limite superior do teor de C é ajustado para ser 0,080%. É preferencial que o teor de C seja 0,040% ou mais e 0,070% ou menos.
[0026] Si: 0,01% ou mais e 0,10% ou menos
[0027] O Si é um elemento químico que é adicionado como um agente de desoxidação quando o aço é fabricado e é necessário que o teor de Si seja 0,01% ou mais. Entretanto, no caso em que o teor de Si é mais do que 0,10%, visto que a martensita isolada é formada em uma ZAC soldada por grande aporte térmico, a tenacidade tende a diminuir. Então, o teor de Si é ajustado para ser 0,01% ou mais e 0,10% ou menos.
[0028] Mn: 1,20% ou mais e 2,40% ou menos
[0029] Mn é, como C, um elemento químico que aumenta a resistência de uma placa de aço de base, e é necessário que o teor de Mn seja 1,20% ou mais, a fim de alcançar a resistência exigida para aço estrutural. Além disso, visto que Mn é menos dispendioso do que outros elementos químicos de formação de liga, adicionar ativamente Mn é eficaz. Entretanto, há um aumento excessivo na temperabilidade no caso em que o teor de Mn é mais do que 2,40% e, então, há uma diminuição na tenacidade de um metal de base e na soldabilidade. Então, o teor de Mn é ajustado para ser 1,20% ou mais e 2,40% ou menos ou, preferencialmente, 1,50% ou mais e 2,20% ou menos.
[0030] P: 0,008% ou menos
[0031] P é um dos elementos químicos que estão contidos no aço como impurezas. Entretanto, visto que P diminui a tenacidade de uma placa de aço de base e de uma ZAC soldada por grande aporte térmico, o teor de P é ajustado para ser 0,008% ou menos. É preferencial que o teor de P seja tão pequeno quanto possível dentro de uma faixa realizável em consideração à eficácia econômica quando a matériaprima de aço é fabricada.
[0032] S: 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos
[0033] O S é, como P, um dos elementos químicos que estão contidos no aço como impurezas. Diferente de P, no caso em que S está presente na forma de sulfetos, tais como MnS, CaS e TERRAS RARAS-S, visto que os sulfetos se tornam os sítios de nucleação de ferrita, S tem um efeito de aumentar a tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico. Tal efeito é realizado no caso em que o teor de S é 0,0005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de S é excessivamente alto, pode haver uma quantidade excessiva de sulfetos formada, o que diminui a tenacidade de um metal de base. Então, o teor de S é ajustado para ser 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos.
[0034] Al: 0,005% ou mais e 0,080% ou menos
[0035] O Al é um elemento químico que é adicionado como um agente de desoxidação para o aço e é necessário que o teor de Al seja 0,005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Al é mais do que 0,080%, visto que há um aumento excessivo na quantidade de inclusões, há uma diminuição na tenacidade de um metal de base. Então, o teor de Al é ajustado para ser 0,005% ou mais e 0,080% ou menos ou, preferencialmente, 0,010% ou mais e 0,060% ou menos.
[0036] Nb: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos
[0037] Visto que Nb é eficaz para estender uma faixa de temperatura de não recristalização quando adicionada, o Nb é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência e a tenacidade de uma placa de aço de base. Entretanto, tal efeito é insuficiente no caso em que o teor de Nb é menor do que 0,003% e, por outro lado, no caso em que o teor de Nb é maior do que 0,040%, há uma diminuição na tenacidade devido ao fato de que a martensita isolada é formada em uma ZAC soldada por grande aporte térmico. Então, o teor de Nb é ajustado para ser 0,003% ou mais e 0,040% ou menos ou, preferencialmente, 0,005% ou mais e 0,025% ou menos.
[0038] Ti: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos
[0039] O Ti é um elemento químico que é muito eficaz para aumentar a tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico, por exemplo, inibindo-se um aumento no diâmetro de grão de grãos de austenita, em particular, em uma zona afetada por calor e tornando-se os sítios de transformação de nucleação de ferrita como resultado de ser precipitado na forma de TiN quando a solidificação ocorre. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Ti seja de 0,003% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Ti é maior do que 0,040%, visto que há um aumento no diâmetro de grão de TiN precipitado, é difícil realizar o efeito descrito acima. Então, o teor de Ti é ajustado para ser de 0,003% ou mais e de 0,040% ou menos ou, preferencialmente, de 0,005% ou mais e de 0,025% ou menos.
[0040] N: 0,0030% ou mais e 0,0100% ou menos
[0041] N é um elemento químico que é necessário para formar o TiN descrito acima e os nitretos B descritos abaixo e um dos mais importantes elementos químicos na presente invenção. A fim de fazer com que N contribua eficazmente para um aumento na tenacidade como resultado de formar tais nitretos em uma ZAC soldada por grande aporte térmico, é necessário que o teor de N seja de 0,0030% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de N é maior do que 0,0100%, visto que há um aumento na quantidade de um soluto sólido N em uma faixa de temperatura em que TiN é dissolvido sob algumas condições de entrada de calor de soldagem, pode haver uma diminuição na tenacidade de uma ZAC soldada. Então, o teor de N é 0,0030% ou mais e 0,0100% ou menos ou, preferencialmente, 0,0040% ou mais e 0,0070% ou menos.
[0042] B: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos
[0043] No caso em que B está presente na forma de uma solução sólida, B contribui para alcançar a resistência satisfatória para um metal de base, alcançando-se a temperabilidade como resultado de estar concentrado nos limites de grão e, no caso em que B está presente na forma de nitretos B, B contribui para aumentar a tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico, funcionando como os sítios de nucleação de ferrita. Então, B é um dos mais importantes elementos químicos na presente invenção. Tais efeitos não são realizados no caso em que o teor de B é menor do que 0,0003% e, no caso em que o teor de B é maior do que 0,0030%, visto que uma grande quantidade de soluto sólido B está presente, o que é mais do que aquela de nitretos B, há uma diminuição na tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico. Então, o teor de B é ajustado para ser de 0,0003% ou mais e de 0,0030% ou menos.
[0044] Os elementos químicos constituintes básicos da presente invenção são conforme descrito acima e os elementos químicos constituintes restantes são Fe e impurezas inevitáveis. Um, dois ou mais dentre Cu, Ni, Cr, Mo e V podem ser adicionados como elementos químicos seletivos a fim de aprimorar adicionalmente as propriedades desejadas.
[0045] Cu: 1,00% ou menos
[0046] Cu é um elemento químico que pode ser adicionado a fim de aumentar a resistência. Entretanto, no caso em que o teor de Cu é maior do que 1,00%, há uma diminuição na qualidade de superfície de uma placa de aço de base devido à fragilidade ao calor. Então, no caso em que Cu é adicionado, é preferencial que o teor de Cu seja de 1,00% ou menos.
[0047] Ni: 1,00% ou menos
[0048] Ni é um elemento químico que pode aumentar a resistência e a tenacidade de um metal de base ao mesmo tempo. Entretanto, no caso em que o teor de Ni é maior do que 1,00%, os efeitos se tornam saturados e há uma desvantagem econômica. Então, no caso em que Ni é adicionado, é preferencial que o teor de Ni seja de 1,00% ou menos.
[0049] Cr: 1,00% ou menos
[0050] Cr é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência. Entretanto, no caso em que o teor de Cr é maior do que 1,00%, há uma diminuição na tenacidade de um metal de base. Então, no caso em que Cr é adicionado, é preferencial que o teor de Cr seja de 1,00% ou menos.
[0051] Mo: 0,50% ou menos
[0052] O Mo é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência de um metal de base. Entretanto, no caso em que o teor de Mo é maior do que 0,50%, há uma diminuição significativa na tenacidade e uma diminuição na eficácia econômica. Então, no caso em que Mo é adicionado, é preferencial que o teor de Mo seja de 0,50% ou menos.
[0053] V: 0,10% ou menos
[0054] V é um elemento químico que é eficaz para aumentar a resistência de um metal de base. Entretanto, no caso em que o teor de V é maior do que 0,10%, há uma diminuição significativa na tenacidade. Então, no caso em que V é adicionado, é preferencial que o teor de V seja de 0,10% ou menos.
[0055] Um, dois ou todos dentre Ca, Zr e TERRAS RARAS podem ser adicionados como elementos químicos seletivos, além dos elementos químicos constituintes descritos acima, a fim de aprimorar adicionalmente as propriedades desejadas.
[0056] Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Zr: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos e TERRAS RARAS: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos
[0057] Ca, Zr e TERRAS RARAS são eficazes para fixar S no aço e aumentar a tenacidade de uma placa de aço. Os efeitos desses elementos químicos são realizados no caso em que o teor de Ca, que é um elemento químico de formação de sulfeto forte, é de 0,0005% ou mais, em que o teor de Zr é de 0,001% ou mais e em que o teor de TERRAS RARAS é de 0,001% ou mais. Entretanto, no caso em que os teores de Ca, Zr e TERRAS RARAS são, respectivamente, maiores do que 0,0050%, 0,020% e 0,020%, visto que há um aumento na quantidade de inclusões em aço, há, ao contrário, uma diminuição na tenacidade. Então, no caso em que esses elementos químicos são adicionados, é preferencial que o ter de Ca seja de 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, que o teor de Zr seja de 0,001% ou mais e 0,020% ou menos e que o teor de TERRAS RARAS seja de 0,001% ou mais e 0,020% ou menos.
FAIXA DE VARIAÇÃO, ΔHV, DE DUREZA VICKERS (HV) EM CADA UMA DENTRE A DIREÇÃO DE ESPESSURA E A DIREÇÃO DE LARGURA: 30 OU MENOS
[0058] Esta é uma das mais importantes exigências na presente invenção e tem uma influência muito grande sobre a uniformidade de propriedades de material, em particular, sobre a propriedade de alongamento da espessura total de uma placa de aço de base. No caso de uma placa de aço que tem uma faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV) em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura de mais do que 30, visto que a constrição ocorre, à frente de outras porções, na porção em que a dureza é comparativamente baixa quando um teste de tração é realizado em uma placa de aço de base, há uma deterioração significativa na propriedade de alongamento da espessura total. Então, a faixa de variação (variação) de dureza é ajustada para ser 30 ou menos ou, preferencialmente, 20 ou menos em termos de dureza Vickers. Tal placa de aço é determinada para que seja uma placa de aço excelente em termos da uniformidade das propriedades de material ao longo da placa de aço. Um método de teste de dureza será descrito nos EXEMPLOS.
[0059] É preferencial que, por exemplo, uma placa, que é usada como um material de aço para fabricar uma placa de aço, seja fabricada preparando-se aço fundido que tenha a composição química descrita acima, usando-se um método normal, tal como um que usa um forno conversor ou um forno elétrico e usando-se um processo normal, tal como um que usa um método de fundição contínua ou um método de fundição de lingote. Doravante, as razões para as limitações nas condições de fabricação da placa de aço de acordo com a presente invenção serão descritas. A temperatura de um material de aço, na presente invenção, refere-se ao valor médio das temperaturas da superfície e da porção central (localizada em 1/2 da espessura) de um material de aço.
TEMPERATURA DE AQUECIMENTO: 1.000°C OU MAIS ALTA E 1.300°C OU MAIS BAIXA
[0060] Um material de aço de fundição, tal como uma placa, é carregado para um forno de aquecimento após ser resfriado à temperatura ambiente ou no estado quente e aquecido a uma temperatura de um material de aço de 1.000°C ou mais alta. O limite inferior da temperatura de aquecimento de um material de aço é ajustado para ser 1.000°C, do ponto de vista da obtenção de uma quantidade suficiente de soluto sólido Nb dissolvendo-se, principalmente, carbonitretos de Nb. Além disso, o limite superior da temperatura de aquecimento de um material de aço é ajustado para ser 1.300°C, devido ao fato de que há um aumento excessivo no diâmetro de grão de grãos de austenita quando o aquecimento é realizado no caso em que a temperatura de um material de aço é mais alta do que 1.300°C, o que resulta em um efeito negativo na tenacidade de um metal de base. Aqui, é preferencial que a temperatura de um material de aço seja 1.000°C ou mais alta e 1.250°C ou mais baixa ou, mais preferencialmente, 1.050°C ou mais alta e 1.200 °C ou mais baixa.
REDUÇÃO DE LAMINAÇÃO CUMULATIVA EM UMA FAIXA DE TEMPERATURA DE NÃO RECRISTALIZAÇÃO: 40% OU MAIS
[0061] A placa de aço aquecida é submetida à laminação controlada em uma faixa de temperatura de não recristalização após a laminação a quente ter sido realizada em uma faixa de temperatura de recristalização. É preferencial que a laminação seja realizada em uma faixa de temperatura de recristalização, a fim de diminuir o diâmetro de grão de grãos de austenita formados quando o aquecimento é realizado, com várias passagens de uma ou mais ou, mais preferencialmente, com uma redução de laminação cumulativa de 20% ou mais. No caso em que a redução de laminação de laminação controlada em uma faixa de temperatura de não recristalização, que é realizada após a laminação a quente ter sido realizada em uma faixa de temperatura de recristalização, é baixa, não é possível alcançar uma tenacidade desejada para um metal de base. Então, o limite inferior da redução de laminação cumulativa de laminação controlada em uma faixa de temperatura de não recristalização é ajustado para ser de 40%. Além disso, é preferencial que a redução de laminação seja tão alta quanto possível. Entretanto, o limite superior industrialmente realizável da redução de laminação cumulativa é de cerca de 80%.
[0062] Aqui, o limite inferior de uma faixa de temperatura de recristalização depende, não apenas da composição química do aço, mas também, por exemplo, do diâmetro de grão de cristal, do histórico de processamento e da quantidade de tensão e é cerca de 800 °C a cerca de 950 °C. É possível estimar o limite inferior conduzindo-se uma investigação antecipadamente, realizando-se um teste preliminar.
[0063] Além disso, é preferencial que uma temperatura de laminação de acabamento seja igual ou mais alta do que o ponto de transformação Ar3 do ponto de vista de uniformidade de uma microestrutura.
REALIZAÇÃO DA DECAPAGEM ANTES DE A TÊMPERA SER REALIZADA
[0064] A decapagem é realizada fazendo-se uma colisão de um fluxo a jato na superfície de uma placa de aço com alta pressão de colisão imediatamente antes de a têmpera ser realizada. A fim de obter uma placa espessa de aço excelente em termos de uniformidade de propriedades de material ao longo da placa de aço, é necessário diminuir as variações na dureza ao longo da placa de aço e, em particular, é importante diminuir as variações na dureza em uma camada de superfície enquanto é mantida uma resistência satisfatória dentro da placa de aço.
[0065] No caso de uma placa de aço que foi submetida à laminação, pode haver uma variação na espessura de incrustação na direção de largura, por exemplo, devido à decapagem antes e durante a laminação. Além disso, no caso em que a incrustação é espessa, a descamação parcial de incrustação pode ocorrer. No caso em que há uma variação na espessura de incrustação quando uma placa de aço laminada é resfriada, visto que a taxa de resfriamento da superfície da placa de aço varia de acordo com a espessura de incrustação, a dureza da superfície da placa de aço varia de acordo com a taxa de resfriamento. A fim de aumentar a resistência de uma placa de aço, é eficaz aumentar uma taxa de resfriamento quando a têmpera é realizada. Entretanto, visto que a espessura de incrustação tem um efeito significativo na dureza da camada de superfície, no caso de resfriamento rápido, há um aumento na variação na dureza no caso em que há uma variação na espessura de incrustação, o que resulta em uma diminuição na uniformidade de propriedades de material ao longo de uma placa de aço.
[0066] Na presente invenção, a decapagem é realizada usando-se um fluxo a jato com alta pressão de colisão imediatamente antes de a têmpera ser realizada, a fim de diminuir a espessura de incrustação para 15 μm ou menos, com uma distribuição uniforme, de modo que não haja variação marcada na taxa de resfriamento. Ou seja, no caso em que a espessura de incrustação da placa de aço, após a têmpera ter sido realizada, é controlada para que seja de 15 μm ou menos, uma variação (ΔHV) na dureza, na direção da espessura, é de 30 ou menos e uma variação (ΔHV) na dureza, na direção da largura, também é de 30 ou menos.
[0067] É difícil determinar a espessura de incrustação de uma placa de aço imediatamente antes de a têmpera ser realizada. Entretanto, é possível estimar a espessura de incrustação antes de a têmpera ser realizada, a partir da espessura de incrustação, após a têmpera ter sido realizada e ficou claro que é possível alcançar o efeito desejado realizando-se a decapagem imediatamente antes de o resfriamento ser realizado, de modo que a espessura de incrustação da placa de aço, após o resfriamento ter sido realizado, seja de 15 μm ou menos. Realizando-se decapagem com uso de um fluxo a jato com alta pressão de colisão imediatamente antes de o resfriamento ser realizado, é possível alcançar tanto a resistência satisfatória quanto a uniformidade satisfatória de propriedades de material ao longo de uma placa de aço, sob uma condição de uma taxa de resfriamento alta
PRESSÃO DE DECAPAGEM (PRESSÃO DE COLISÃO DE UM FLUXO A JATO NA SUPERFÍCIE DE UMA PLACA DE AÇO): 1 MPA OU MAIS
[0068] Na presente invenção, a decapagem é realizada sob a condição de que a pressão de colisão de um fluxo a jato na superfície de uma placa de aço seja de 1 MPa ou mais imediatamente antes de a têmpera ser realizada, de modo que a espessura de incrustação de uma placa de aço seja de 15 μm ou menos após o resfriamento ter sido realizado. No caso em que a pressão de colisão de um fluxo a jato na superfície de uma placa de aço é inferior a 1 MPa, visto que há um efeito insuficiente de decapagem, pode haver variações na espessura de incrustação e pode haver variações na dureza da camada de superfície. Então, a pressão de colisão de um fluxo a jato é ajustada para ser de 1 MPa ou mais. A decapagem é realizada usando-se água de alta pressão. Aqui, outros tipos de fluxo a jato podem ser usados desde que a pressão de colisão do fluxo a jato na superfície de uma placa de aço seja de 1 MPa ou mais. É mais preferencial que a pressão de colisão de um fluxo a jato na superfície de uma placa de aço seja de 2 MPa ou mais.
TAXA MÉDIA DE RESFRIAMENTO DE UMA PLACA DE AÇO: 10°C/S OU MAIS
[0069] A têmpera, após a decapagem ter sido realizada, é realizada a fim de alcançar a resistência satisfatória de uma placa de aço. Em um processo de têmpera, é necessário selecionar uma condição sob a qual a uniformidade de propriedades de material na camada de superfície de uma placa de aço também seja alcançada ao mesmo tempo. No caso em que a taxa média de resfriamento de uma placa de aço é inferior a 10°C/s, visto que a camada de superfície é resfriada não uniformemente, mesmo se a superfície tiver sido submetida à decapagem, há uma variação aumentada na dureza entre a camada de superfície e dentro da placa de aço. Então, a taxa média de resfriamento é ajustada para ser de 10°C/s ou mais ou, preferencialmente, de 15°C/s ou mais. Aqui, idealmente, é preferencial que uma temperatura inicial de resfriamento seja igual ou mais alta do que o ponto de transformação Ar3, do ponto de vista de uniformidade de uma estrutura metalográfica obtida. Entretanto, por exemplo, no caso em que a espessura de uma placa de aço é pequena, visto que há uma diminuição na temperatura, enquanto a placa de aço é transportada para um aparelho de têmpera, através de um processo de decapagem, após a laminação ter sido realizada, uma temperatura inicial de resfriamento pode ser inferior ao ponto de transformação Ar3. A fim de impedir que tal diminuição na temperatura influencie a uniformidade de dureza, que é um objetivo da presente invenção, é preferencial que a temperatura inicial de têmpera esteja dentro de uma faixa de uma temperatura de laminação de acabamento (a temperatura de laminação de acabamento - 30°C).
TEMPERATURA DE PARADA DE RESFRIAMENTO: 200°C OU MAIS ALTA E 600°C OU MAIS BAIXA EM TERMOS DA TEMPERATURA MÉDIA DE UMA PLACA DE AÇO
[0070] Em um processo de têmpera, uma placa de aço é resfriada a uma temperatura de 200°C ou mais alta e 600°C ou mais baixa, que está dentro de uma faixa de temperatura de transformação de bainita, a fim de transformar uma microestrutura dentro da placa de aço em uma microestrutura (transformação de bainita na presente invenção) com a qual é possível alcançar a resistência especificada. No caso em que a temperatura de parada de resfriamento é mais alta do que 600°C, visto que a transformação de bainita não está concluída, não é possível alcançar uma resistência suficiente. Além disso, no caso em que a temperatura de parada de resfriamento é inferior a 200°C, visto que a martensita e a martensita isolada (MA) estão parcialmente formadas, em particular, em uma camada de superfície, não é possível alcançar uma uniformidade satisfatória de propriedades de material ao longo de uma placa de aço e há uma diminuição na propriedade de alongamento da espessura total. Então, a temperatura de parada de resfriamento da têmpera é ajustada para ser 200°C ou mais alta e 600°C ou mais baixa em termos da temperatura média de uma placa de aço. Após a têmpera ter sido parada, de modo que a resistência e a tenacidade desejadas sejam alcançadas, o revenido pode ser realizado a uma temperatura igual ou inferior ao ponto de transformação Ac1. É possível derivar o ponto de transformação Ac1 usando-se a equação abaixo. Aqui, na equação, os símbolos atômicos representam, respectivamente, os teores (% em massa) dos elementos químicos correspondentes.
Ac1 = 751 - 26,6C + 17,6Si - 11,6Mn - 169Al - 23Cu - 23Ni + 24,1Cr + 22,5Mo + 233Nb - 39,7V - 5,7Ti - 895B
EXEMPLOS
[0071] Doravante, os efeitos da presente invenção serão descritos em mais detalhes com base nos exemplos. Os aços fundidos que têm as composições químicas dadas na Tabela 1 foram fabricados com o uso de um forno conversor e transformados em placas (materiais de aço) com o uso de um método de fundição contínua e, então, as placas de aço que têm uma espessura de 20 a 50 mm, realizando-se a laminação controlada e a têmpera sob as condições dadas nas Tabelas 2 e 3. Aqui, na Tabela 1, o aço N°1 a 10 foi o exemplo da presente invenção, e o aço N°11 a 15 foi o exemplo comparativo que tem composições químicas em que o teor de um ou mais elementos químicos constituintes estavam fora da faixa, de acordo com a presente invenção. Além disso, nas Tabelas 2 e 3, o No de ramificação A, próximo ao No de aço indica que a laminação controlada e o resfriamento foram realizados sob as condições de acordo com a presente invenção, e os Nos de ramificação B1 e B2 indicam os exemplos comparativos em que uma ou mais condições de fabricação estavam fora da faixa de acordo com a presente invenção.
[0072] Realizando-se um teste de tração em uma peça de teste de tração de espessura total, que foi obtida a partir da placa espessa de aço fabricada com o uso da composição química e dos processos de fabricação descritos acima e que apresentava a espessura total da placa de aço e uma largura de uma parte paralela de 25 mm de acordo com o documento JIS Z 2241 (1998), a resistência à tração (doravante referida como TS) e o alongamento de espessura total (alongamento total) foram determinados. Aqui, visto que a presente invenção é destinada a uma placa de aço de alta resistência, a resistência-alvo foi ajustada para ser a TS de 550 N/mm2 ou mais e o alongamento-alvo de espessura total foi ajustado para ser de 20% ou mais, que é geralmente exigido para um material de aço que tem a resistência equivalente.
[0073] Além disso, a fim de clarificar a correlação entre o valor de alongamento obtido no teste de tração de espessura total descrito acima e uma variação na dureza de uma placa de aço, determinandose a dureza Vickers em um corte transversal em uma direção, em um ângulo reto, à direção de laminação de acordo com o documento JIS Z 2244, as distribuições de dureza na direção de espessura e na direção de largura foram derivadas. No caso da direção de espessura, a dureza foi determinada em intervalos de 1 mm ao longo da espessura e, no caso da direção de largura, a dureza foi determinada em intervalos de 20 mm ao longo da largura. Aqui, no caso da direção de largura, a dureza foi determinada em uma posição de 1 mm de camada de superfície (localizada a 1 mm para dentro da camada de superfície), uma posição t/4 (localizada em 1/4 da espessura) e uma posição t/2 (na posição central na direção da espessura). Visto que uma variação em dureza foi a máxima na posição de 1 mm de camada de superfície em qualquer uma das placas de aço, uma variação em dureza na direção de largura foi avaliada na posição de 1 mm de camada de superfície. Aqui, a carga de teste usada quando um teste de dureza foi realizado foi fixada em 10 kgf (98 N).
[0074] Além disso, a fim de avaliar a tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico, um teste de impacto, Charpy, foi realizado em três peças de teste Charpy entalhadas em V de 2 mm, obtidas a partir de uma peça de teste que tem uma largura de 80 mm, um comprimento de 80 mm e uma espessura de 15 mm, que foi obtida a partir da placa espessa de aço descrita acima e que foi submetida a um tratamento térmico que inclui o aquecimento, em que a peça de teste obtida foi aquecida a uma temperatura de 1.450°C e em que a peça de teste aquecida foi resfriada em 250 s a uma faixa de temperatura de 800°C a 500°C. Aqui, a temperatura de teste de impacto foi de - 40°C e a tenacidade-alvo foi ajustada para ser de 50 J ou mais em termos de energia média absorvida a uma temperatura de - 40°C (doravante referida como vE - 40°C).
[0075] As propriedades de material das placas de aço de base e os resultados de avaliação da tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico são dados na Tabela 4. Um caso em que a faixa de variação ΔHV de dureza Vickers (HV) em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura foi de 30 ou menos, em que a TS foi de 550 N/mm2 ou mais e em que o alongamento de espessura total foi de 20% ou mais, foi julgado como um caso de metal de base satisfatório. Os valores satisfatórios foram obtidos para as propriedades de um metal de base e uma ZAC soldada por grande aporte térmico no caso dos exemplos da presente invenção indicados pelos Nos de aço 1 a 10 e pelo número de ramificação A. Embora as propriedades de uma ZAC soldada por grande aporte térmico tenham sido satisfatórias devido ao fato de que as composições químicas estavam dentro da faixa de acordo com a presente invenção, no caso dos exemplos comparativos indicados pelos Nos de aço 1 a 10 e os Nos de ramificação B1 e B2, as propriedades de um metal de base foram insuficientes devido ao fato de que as condições de fabricação estavam fora das faixas de acordo com a presente invenção. Por outro lado, no caso dos exemplos comparativos indicados pelos Nos de aço 11 a 15 (Nos de ramificação A, B1 e B2), a tenacidade de uma ZAC soldada por grande aporte térmico foi insuficiente devido ao fato de que as composições químicas estavam fora da faixa de acordo com a presente invenção.
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Anotação 1: para a avaliação de um metal de base indica um caso em que as três condições a seguir são satisfeitas.
Χ para a avaliação de um metal de base indica um caso em que uma das três condições não é satisfeita.
A faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV) em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura é de 30 ou menos.
A TS de um metal de base é 550 N/mm2 ou mais.
O alongamento de um metal de base é 20% ou mais.
Anotação 2: para a avaliação de uma ZAC soldada por grande aporte térmico indica um caso em que a energia média absorvida a uma temperatura de - 40 °C (vE - 40 °C) é de 50 J ou mais.

Claims (3)

  1. Placa espessa de aço, tendo uma composição química que consiste de, em % em massa, de C: 0,030% ou mais e 0,080% ou menos, de Si: 0,01% ou mais e 0,10% ou menos, de Mn 1,20% ou mais e 2,40% ou menos, de P: 0,008% ou menos, S: 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos, de Al: 0,005% ou mais e 0,080% ou menos, de Nb: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de Ti: 0,003% ou mais e 0,040% ou menos, de N: 0,0030% ou mais e 0,0100% ou menos, de B: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos, opcionalmente, um, dois ou mais de Cu: 1,00% ou menos, de Ni: 1,00% ou menos, de Cr: 1,00% ou menos, de Mo: 0,50% ou menos, de V: 0,10% ou menos, opcionalmente um, dois ou todos de Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, de Zr: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos, e de Terras Raras: 0,001% ou mais e 0,020% ou menos, e sendo que o saldo é de Fe e impurezas inevitáveis, caracterizado pelo fato de que uma faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV), em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura, é 30 ou menos.
  2. Método para fabricar uma placa espessa de aço que tem uma faixa de variação (ΔHV) de dureza Vickers (HV), em cada uma dentre a direção de espessura e a direção de largura, de 30 ou menos, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende aquecer um material de aço que tem a composição química, como definida na reivindicação 1, a uma temperatura de 1.000 °C ou mais alta e 1.300 °C ou mais baixa, laminar a quente o material de aço aquecido, realizar a decapagem, fazendo-se uma colisão de fluxo a jato na superfície da placa de aço laminada a quente, com uma pressão de colisão do fluxo a jato de 1 MPa ou mais na superfície da placa de aço, e, então, realizar imediatamente a têmpera a uma temperatura de parada de resfriamento média de 200 °C ou mais alta e 600 °C ou mais baixa em termos de uma temperatura de placa de aço, em uma taxa de resfriamento média de 10 °C/s ou mais, em termos de uma temperatura de placa de aço.
  3. Método para fabricar uma placa espessa de aço, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente realizar o revenido a uma temperatura igual ao ponto de transformação Ac1 ou inferior ao mesmo, após a têmpera ter sido parada.
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