BR112016022532B1 - chapa de aço espessa e método para fabricar a mesma - Google Patents

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Masao Yuga
Akio Ohmori
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Jfe Steel Corporation
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Abstract

CHAPA DE AÇO ESPESSA E MÉTODO PARA FABRICAR A MESMA A presente invenção refere-se a uma chapa de aço espessa que pode ser preferencialmente usada em membros, por exemplo, de máquinas industriais e dispositivos de transporte e condução que devem ter resistência à abrasão contra, por exemplo, rocha, areia, minério e materiais de pasta fluida e a um método para fabricar a chapa de aço. Uma chapa de aço espessa que tem uma composição química que contém, % em massa, C: 0,200% ou mais e 0,350% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 0,45% ou menos, Mn: 0,50% ou mais e 2,00% ou menos, P: 0,020% ou menos, S: 0,005% ou menos, Al: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, um, dois ou mais dentre Cu, Ni, Cr, Mo, V, Nb, Ti, B, REM, Ca e Mg, e sendo que o saldo é Fe e impurezas inevitáveis, em que CI, que é definido por uma equação particular, é 40 ou mais, e uma microestrutura de aço em que a fração de área de uma fase bainita é 60% ou mais, a fração de área de constituinte de Martensita-Austenita é 5% ou mais e inferior a 20%, e as fases constituintes restantes são uma, duas ou todas dentre uma fase ferrita, uma fase perlita (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001]A presente invenção refere-se a uma chapa de aço espessa que pode ser preferencialmente usada em membros, por exemplo, de máquinas industriais e dispositivos de transporte e condução que devem ter resistência à abrasão contra, por exemplo, rocha, areia, minério e materiais de pasta fluida e a um método para fabricar a chapa de aço.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[002]Os membros, por exemplo, de máquinas industriais, tais como pás carregadeiras, escavadoras, tremonhas, caçambas e caminhões basculantes e dispositivos de transporte e condução, tais como canos de aço usados para transportar materiais fluidos, que são usados nos locais de campo, por exemplo, de construção, engenharia civil e minas, são submetidos à abrasão em uso devido, por exemplo, à terra e areia.
[003]De maneira convencional, sabe-se que há um aumento na resistência à abrasão de um material de aço aumentando-se a dureza do material de aço. Portanto, até essa data, por exemplo, os materiais de aço cuja dureza é aumentada adicionando-se uma grande quantidade de elementos químicos de liga têm sido usados para alguns tipos de membros que devem ter resistência à abrasão satisfatória.
[004]Entretanto, visto que se sabe que o aumento da dureza de materiais de aço a fim de aumentar a resistência à abrasão é acompanhado por uma diminuição significativa na trabalhabilidade, há um problema em que é difícil usar materiais de alta dureza em aplicações em que é necessário realizar trabalho nos materiais.
[005]Portanto, há uma demanda por um material de aço excelente em termos de trabalhabilidade enquanto mantém resistência à abrasão excelente. Por exemplo, a Literatura de Patente 1 propõe uma chapa de aço que tem uma composição química que contém, % em massa, C: 0,13% a 0,18%, quantidades adequadas de Si, Mn, P, S, Al, B e N, Cr: 0,5% a 2,0%, Mo: 0,03% a 0,3%, e Nb: 0,03% a 0,1%, em que os elementos químicos constituintes satisfazem a condição de que HI é 0,7 ou mais, em que Ceq é superior a 0,50, e em que HB é 360 ou mais e 440 ou menos a uma temperatura de 25°C. Aqui, HI = [C] + 0,59[Si] - 0,58[Mn] + 0.29[Cr] + 0,39[Mo] + 2,11 ([Nb]- 0,02) - 0,72[Ti] + 0,56[V], e Ceq = [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [Mo]/4 + [V]/14, em que os símbolos atômicos denotam respectivamente os teores (% em massa) dos elementos químicos de liga correspondentes.
[006]A Literatura de Patente 1 descreve que, de acordo com a técnica descrita acima, formando-se uma estrutura de martensita que tem uma HB de cerca de 400 realizando-se um tratamento de arrefecimento brusco, e aumentando-se a quantidade de uma solução sólida de Nb, é possível aumentar a resistência à abrasão a alta temperatura.
[007]A Literatura de Patente 2 propõe uma chapa de aço que tem uma composição química que contém, % em massa, C: 0,10% a 0,45%, quantidades adequadas de Si, Mn, P, S e N e Ti: 0,10% a 1,0%, em que o número de precipitados de TiC ou precipitados de compostos de TiC com TiN e TiS que têm um diâmetro de grão de 0,5 μm ou mais é 400 ou mais por 1 mm2, e em que Ti*, que é expresso por uma expressão relacional particular, é 0,05% ou mais e inferior a 0,4%.
[008]A Literatura de Patente 3 propõe uma chapa de aço resistente à abrasão excelente em termos de trabalhabilidade, em que a chapa de aço tem uma composição química que contém, % em massa, C: 0,05% a 0,35%, quantidades adequadas de Si, Mn, e Al, Ti: 0,1% a 1,2%, em que DI*, que é expresso por uma expressão relacional particular, é inferior a 60, e uma microestrutura que inclui uma estrutura de fase ferrita-fase bainita como uma estrutura de matriz, em que as fases duras são dispersas.
[009]A Literatura de Patente 2 e a Literatura de Patente 3 descrevem, de acordo com as técnicas descritas acima, que através da formação de precipitados que incluem principalmente TiC que tem um diâmetro de grão grande em um processo de solidificação, é possível aumentar a resistência à abrasão a baixo custo.
LISTA DE CITAÇÕESLITERATURA DE PATENTE
[010]PTL 1: Patente no JP 4590012
[011]PTL 2: Patente no JP 3089882
[012]PTL 3: Publicação de Pedido de Patente Não Examinada JP 2010222682
SUMÁRIO DA INVENÇÃOPROBLEMA DA TÉCNICA
[013]Entretanto, no caso da técnica de acordo com a Literatura de Patente 1, é difícil dizer que a boa trabalhabilidade é obtida, devido ao fato de que a estrutura de martensita é formada realizando-se um processo de arrefecimento brusco, que resulta em uma alta dureza de HB360 ou mais. Além disso, no caso da técnica de acordo com a Literatura de Patente 1, visto que uma grande quantidade de elementos químicos de liga é adicionada, há um aumento nos custos de liga.
[014]No caso das técnicas de acordo com a Literatura de Patente 2 e a Literatura de Patente 3, há um aumento nos custos de fabricação, pelo fato de que, uma vez que TiC que tem um diâmetro de grão grande é formado em um processo de solidificação, é necessário reparar a superfície da placa antes de a laminação ser realizada. Além disso, não está claro se a resistência à abrasão a alta temperatura é obtida com o uso das técnicas de acordo com a Literatura de Patente 2 e a Literatura de Patente 3.
[015]Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer uma chapa de aço espessa pouco dispendiosa excelente em termos de trabalhabilidade e resistência à abrasão e um método para fabricar a chapa de aço.
SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA
[016]Os presentes inventores, a fim de alcançar o objetivo descrito acima, conduziram investigações de forma diligente em relação à influência de vários fatores sobre a resistência à abrasão, e, como resultado, constataram que, otimizando-se a composição química de um material de aço, controlando-se um valor que é definido como o teor total de vários elementos químicos de liga na composição química para ser um determinado valor, e formando-se uma microestrutura de aço em que a fração de área de uma fase bainita é 60% ou mais, a fração de área de constituinte de Mar- tensita-Austenita (doravante chamado de “constituinte de MA”) na fase bainita é 5% ou mais e inferior a 20%, e o balanço é uma, duas ou todas dentre uma fase ferrita, uma fase perlita e uma fase martensita, é possível fornecer um material de aço com resistência à abrasão excelente enquanto mantém boa trabalhabilidade sem aumentar excessivamente a dureza do material de aço.
[017]A presente invenção foi concluída com base no conhecimento descrito acima e em investigações adicionais. Ou seja, a matéria da presente invenção é da seguinte maneira.
[018][1] Uma chapa de aço espessa excelente em termos de resistência à abrasão, em que a chapa de aço espessa tem uma composição química que contém, % em massa,
[019]C: 0,200% ou mais e 0,350% ou menos,
[020]Si: 0,05% ou mais e 0,45% ou menos,
[021]Mn: 0,50% ou mais e 2,00% ou menos,
[022]P: 0,020% ou menos,
[023]S: 0,005% ou menos,
[024]Al: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, e
[025]sendo que o balanço é Fe e impurezas inevitáveis,
[026]em que CI, que é definido pela equação (1) abaixo, satisfaz a condição de que CI é 40 ou mais,
[027]e uma microestrutura de aço em que a fração de área de uma fase bainita é 60% ou mais, a fração de área de constituinte de MA na fase bainita é 5% ou mais e inferior a 20% em relação à microestrutura total, e
[028]as fases constituintes restantes são uma, duas ou mais dentre uma fase ferrita, uma fase perlita e uma fase martensita.CI = 60C + 8Si + 22Mn + 10(Cu + Ni) + 14Cr + 21Mo + 15V ••• (1)
[029]Na equação, os símbolos atômicos denotam respectivamente os teores (% em massa) dos elementos químicos de liga correspondentes. Entretanto, o teor de um elemento químico que não está contido é definido como 0.
[030][2] A chapa de aço espessa excelente em termos de resistência à abrasão, de acordo com o item [1], em que a chapa de aço espessa tem a composição química que contém adicionalmente, % em massa, um ou mais selecionados dentre
[031]Cu: 0,03% ou mais e 1,00% ou menos,
[032]Ni: 0,03% ou mais e 2,00% ou menos,
[033]Cr: 0,05% ou mais e 2,00% ou menos,
[034]Mo: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos,
[035]V: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos,
[036]Nb: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos,
[037]Ti: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, e
[038]B: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos.
[039][3] A chapa de aço espessa excelente em termos de resistência à abrasão, de acordo com o item [1] ou [2], em que a chapa de aço espessa tem a composição química que contém adicionalmente, % em massa, um ou mais selecionados dentre
[040]REM: 0,0005% ou mais e 0,0080% ou menos,
[041]Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e
[042]Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos.
[043][4] Um método para fabricar a chapa de aço espessa excelente em termos de resistência à abrasão, em que o método inclui:
[044]aquecer uma peça fundida ou uma peça de aço que tem a composição química, de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3], a uma temperatura de 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa, realizando a laminação a quente com uma temperatura de entrega de acabamento igual a ou mais alta que Ar3, e
[045]realizar resfriamento acelerado imediatamente após a laminação a quente ter sido realizada, a uma taxa de resfriamento de 5 °C/s ou mais em uma faixa de temperatura de 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa.
[046][5] Um método para fabricar uma chapa de aço espessa excelente em termos de resistência à abrasão, em que o método inclui:
[047]aquecer uma peça fundida ou uma peça de aço que tem a composição química, de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3], a uma temperatura de 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa,
[048]realizar a laminação a quente,
[049]realizar o resfriamento de ar a uma temperatura mais baixa que 400 °C,
[050]então, realizar o reaquecimento a uma temperatura igual a ou mais alta que a Ac3 e 950°C ou mais baixa, e
[051]realizar o resfriamento imediatamente após o reaquecimento ter sido realizado, a uma taxa de resfriamento de 5 °C/s ou mais em uma faixa de temperatura de 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa.
EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO
[052]De acordo com a presente invenção, é possível fabricar de maneira fácil e estável uma chapa de aço resistente à abrasão excelente em termos de trabalhabi- lidade e que tem resistência à abrasão excelente de maneira estável, que tenha um efeito marcante na indústria.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[053]A Figura 1 é um diagrama que ilustra uma máquina de teste de abrasão. DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES
[054]Na presente invenção, uma composição química e uma microestrutura de aço são especificadas.[Composição química]
[055]Na descrição, % se refere à % em massa.
[056]C: 0,200% ou mais e 0,350% ou menos
[057]C é um elemento químico que contribui para a formação do constituinte de MA e que é importante para obter excelente resistência à abrasão. No caso em que o teor de C é inferior a 0,200%, não é possível realizar de maneira suficiente os efeitos descritos acima. Por outro lado, no caso em que o teor de C for superior a 0,350%, há uma diminuição na soldabilidade e trabalhabilidade. Portanto, o teor de C se limita a ser 0,200% ou mais e 0,350% ou menos ou, de preferência, 0,210% ou mais e 0,300% ou menos.
[058]Si: 0,05% ou mais e 0,45% ou menos
[059]Si é um elemento químico eficaz que funciona como um agente desoxidante para aço fundido e que tem uma função de contribuir para a formação do constituinte de MA aumentando-se a capacidade de endurecimento. A fim de realizar tais efeitos, o teor de Si é definido como 0,05% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Si é superior a 0,45%, há uma diminuição na soldabilidade. Portanto, o teor de Si se limita a ser 0,05% ou mais e 0,45% ou menos, ou, de preferência, 0,15% ou mais e 0,40% ou menos.
[060]Mn: 0,50% ou mais e 2,00% ou menos
[061]Mn é um elemento químico eficaz que tem uma função de contribuir para a formação do constituinte de MA aumentando-se a capacidade de endurecimento. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Mn seja 0,50% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Mn é superior a 2,00%, há uma diminuição na soldabilidade, e uma grande quantidade de MnS, que se torna o ponto de partida no qual o faturamento ocorre quando trabalho, tal como flexão é realizado, é formada. Portanto, o teor de Mn se limita a ser 0,50% ou mais e 2,00% ou menos, ou, de preferência, 0,60% ou mais e 1,70% ou menos.
[062]P: 0,020% ou menos
[063]No caso em que o teor de P no aço é grande, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, é preferencial que o teor de P seja tão pequeno quanto possível. Na presente invenção, é aceitável que o teor de P seja 0,020% ou menos. Portanto, o teor de P se limita a ser 0,020% ou menos. Aqui, visto que diminuir excessivamente o teor de P causa um aumento nos custos de refino, é preferencial que o teor de P seja 0,005% ou mais.
[064]S: 0,005% ou menos
[065]No caso em que o teor de S no aço é grande, visto que S é precipitado na forma de MnS, há uma diminuição na tenacidade, e MnS se torna o ponto de partida no qual o faturamento ocorre quando trabalho é realizado. Portanto, é preferencial que o teor de S seja tão pequeno quanto possível. Na presente invenção, é aceitável que o teor de S seja 0,005% ou menos. Portanto, o teor de S se limita a ser 0,005% ou menos. Aqui, visto que diminuir excessivamente o teor de S causa um aumento nos custos de refino, é preferencial que o teor de S seja 0,0005% ou mais.
[066]Al: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos
[067]Al é um elemento químico eficaz que funciona como um agente desoxidante para aço fundido. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Al seja 0,005% ou mais. No caso em que o teor de Al é inferior a 0,005%, não é possível realizar de maneira suficiente tal efeito. Por outro lado, no caso em que o teor de Al é superior a 0,100%, há uma diminuição na soldabilidade e na tenacidade. Portanto, o teor de Al se limita a ser 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, ou, de preferência, 0,015% ou mais e 0,040% ou menos.
[068]CI = 60C + 8Si + 22Mn + 10(Cu + Ni) + 14Cr + 21Mo + 15V > 40
[069]Na equação, símbolos atômicos denotam respectivamente os teores (% em massa) dos elementos químicos de liga correspondentes, e o teor de um elemento químico que não está contido é definido como 0.
[070]No caso em que CI é inferior a 40, visto que a microestrutura de aço descrita acima não é formada devido à capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco insuficiente, não é possível obter boa resistência à abrasão. Portanto, CI se limita a ser 40 ou mais, ou, de preferência, 44 ou mais. Além disso, no caso em que CI é excessivamente grande, visto que há um aumento excessivo na capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco, há um caso em que a microestrutura de aço descrita acima não é formada devido a um aumento na quantidade de martensita formada. Portanto, é preferencial que CI seja 80 ou menos, ou, com com mais preferência, 75 ou menos.
[071]A composição química descrita acima é a composição química básica, e o balanço é Fe e impurezas inevitáveis. Na presente invenção, a fim de aprimorar as propriedades, um, dois ou mais selecionados dentre Cu, Ni, Cr, Mo, V, Nb, Ti, B, REM, Ca e Mg podem ser adicionados como elementos químicos seletivos.
[072]Cu: 0,03% ou mais e 1,00% ou menos
[073]Cu é um elemento químico que tem um efeito de contribuir para a formação do constituinte de MA aumentando-se a capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Cu seja 0,03% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Cu é superior a 1,00%, há uma diminuição na trabalhabilidade a quente, e há um aumento nos custos de fabricação. Portanto, no caso em que Cu é adicionado, é preferencial que o teor de Cu se limite a ser 0,03% ou mais e 1,00% ou menos. Aqui, é mais preferencial que o teor de Cu se limite a ser 0,03% ou mais e 0,50% ou menos a partir do ponto de vista de inibição de uma diminuição na trabalhabilidade a quente e de diminuição de custos.
[074]Ni: 0,03% ou mais e 2,00% ou menos
[075]Ni é um elemento químico que aumenta a capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco e que contribui para um aumento na tenacidade a baixa temperatura. A fim de realizar tais efeitos, é necessário que o teor de Ni seja 0,03% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Ni é superior a 2,00%, há um aumento em custos de fabricação. Portanto, no caso em que Ni é adicionado, é preferencial que o teor de Ni se limite a ser 0,03% ou mais e 2,00% ou menos. Aqui, é mais preferencial que o teor de Ni se limite a ser 0,03% ou mais e 0,50% ou menos a partir do ponto de vista de diminuição de custos.
[076]Cr: 0,05% ou mais e 2,00% ou menos
[077]Cr é um elemento químico que tem um efeito de contribuir para a formação do constituinte de MA aumentando-se a capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Cr seja 0,05% ou maior. Por outro lado, no caso em que o teor de Cr é superior a 2,00%, há uma diminuição na soldabilidade, e há um aumento nos custos de fabricação. Portanto, no caso em que Cr é adicionado, o teor de Cr se limita a ser 0,05% ou mais e 2,00% ou menos, de preferência, 0,07% ou mais e 1,50% ou menos, ou, com com mais preferência, 0,20% ou mais e 1,00% ou menos.
[078]Mo: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos
[079]Mo é um elemento químico que tem um efeito de contribuir para a formação do constituinte de MA aumentando-se a capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Mo seja 0,05% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Mo é superior a 1,00%, há uma diminuição na soldabilidade, e há um aumento nos custos de fabricação. Portanto, no caso em que Mo é adicionado, o teor de Mo se limita a ser 0,05% ou mais e 1,00% ou menos, de preferência, 0,10% ou mais e 0,80% ou menos, ou, com com mais preferência, 0,20% ou mais e 0,50% ou menos.
[080]V: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos
[081]V é um elemento químico que aumenta a capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco e que contribui para um aumento na tenacidade através do efeito de diminuição do diâmetro de grão de uma microestrutura como resultado de ser precipitado na forma de carbonitretos. A fim de realizar tais efeitos, é necessário que o teor de V seja 0,005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de V é superior a 0,100%, há uma diminuição na soldabilidade. Portanto, no caso em que V é adicionado, o teor de V se limita a ser 0,005% ou mais e 0,100% ou menos.
[082]Nb: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos
[083]Nb é um elemento químico que contribui de maneira eficaz para um aumento na tenacidade através do efeito de diminuição do diâmetro de grão de uma microestrutura como resultado de ser precipitado na forma de carbonitretos. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Nb seja 0,005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Nb é superior a 0,100%, há uma diminuição na soldabilidade. Portanto, no caso em que Nb é adicionado, o teor de Nb se limita a ser 0,005% ou mais e 0,100% ou menos. Aqui, é preferencial que o teor de Nb seja 0,010% ou mais e 0,030% ou menos a partir do ponto de vista de diminuição do diâmetro de grão de uma microestrutura.
[084]Ti: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos
[085]Ti é um elemento químico que contribui para um aumento na tenacidade através da fixação de solução sólida N como resultado de ser precipitado na forma de TiN. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de Ti seja 0,005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Ti é superior a 0,100%, visto que os carbonitretos que têm um diâmetro de grão grande são precipitados, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, no caso em que Ti é adicionado, o teor de Ti se limita a ser 0,005% ou mais e 0,100% ou menos. Aqui, é preferencial que o teor de Ti se limite a ser 0,005% ou mais e 0,030% ou menos a partir do ponto de vista de diminuição de custos.
[086]B: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos
[087]B é um elemento químico que contribui para um aumento na capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco quando adicionado em pequenas quantidades. A fim de realizar tal efeito, é necessário que o teor de B seja 0,0003% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de B é superior a 0,0030%, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, no caso em que B é adicionado, o teor de B se limita a ser 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos.
[088]REM: 0,0005% ou mais e 0,0080% ou menos
[089]REM inibe uma diminuição na tenacidade e na formação de MnS, o que causa fraturamento quando trabalho é realizado, através da fixação de S. A fim de realizar tais efeitos, é necessário que o teor de REM seja 0,0005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de REM é superior a 0,0080%, visto que há um aumento na quantidade de inclusões no aço, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, no caso em que REM é adicionado, o teor de REM se limita a ser 0,0005% ou mais e 0,0080% ou menos e, de preferência, 0,0005% ou mais e 0,0020% ou menos.
[090]Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos
[091]Ca inibe uma diminuição na tenacidade e na formação de MnS, o que causa fraturamento quando trabalho é realizado, através da fixação S. A fim de realizar tais efeitos, é necessário que o teor de Ca seja 0,0005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Ca é superior a 0,0050%, visto que há um aumento na quantidade de inclusões no aço, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, no caso em que Ca é adicionado, o teor de Ca se limita a ser 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, ou, de preferência, 0,0005% ou mais e 0,0030% ou menos.
[092]Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos
[093]Mg inibe uma diminuição na tenacidade e na formação de MnS, o que causa fraturamento quando trabalho é realizado, através da fixação S. A fim de realizar tais efeitos, é necessário que o teor de Mg seja 0,0005% ou mais. Por outro lado, no caso em que o teor de Mg é superior a 0,0050%, visto que há um aumento na quantidade de inclusões no aço, há uma diminuição na tenacidade. Portanto, no caso em que Mg é adicionado, é preferencial que o teor de Mg se limite a ser 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos e, com mais preferência, 0,0005% ou mais e 0,0040% ou menos.[Microestrutura de aço]
[094]Uma microestrutura de aço que inclui uma fase bainita em uma quantidade de 60% ou mais em termos de fração de área (também chamada de razão de área), o constituinte de MA na fase bainita em uma quantidade de 5% ou mais e inferior a 20% em termos de fração de área em relação à microestrutura total, e sendo que o balanço é uma, duas ou mais dentre uma fase ferrita, uma fase perlita, e uma fase martensita é formada. Controlando-se as frações de fase conforme descrito acima, há um aumento na capacidade de deformação plástica de uma chapa de aço, o que resulta na boa trabalhabilidade. Além disso, é possível obter excelente resistência à abrasão sem aumentar excessivamente a dureza da chapa de aço.
[095]Fase bainita: 60% ou mais em termos de fração de área
[096]No caso em que a fração de área de uma fase bainita é inferior a 60%, não é possível obter a resistência à abrasão desejada ou a trabalhabilidade desejada. Portanto, o teor de uma fase bainita é definido como 60% ou mais e, de preferência, 80% ou mais, em termos de fração de área.
[097]Constituinte de MA: 5% ou mais e inferior a 20% em termos de fração de área
[098]Visto que o constituinte de MA se dispersa finamente em uma fase bainita e tem uma alta dureza, o constituinte de MA contribui para um aumento na resistência à abrasão. No caso em que a fração de área do constituinte de MA é inferior a 5% em relação à microestrutura total, não é possível obter a resistência à abrasão desejada. Por outro lado, no caso em que a fração de área conforme descrito acima é 20% ou mais, o efeito de aumento da resistência à abrasão se torna saturado, e há um aumento excessivo na dureza de uma chapa de aço, que resulta em uma diminuição na trabalhabilidade e na tenacidade. Portanto, a fração de área descrita acima é definida como 5% ou mais e inferior a 20%. Aqui, visto que o constituinte de MA é formado entre as ripas de uma fase bainita ou nos contornos de grão de uma fase bainita, e tem um diâmetro de grão pequeno, é difícil distinguir entre uma fase bainita e o constituinte de MA com o uso de um microscópio óptico. Portanto, o constituinte de MA é visto como uma parte de uma fase bainita. Ou seja, no cálculo da fração de área descrita acima da fase bainita, a área do constituinte de MA é incluída na área da fase bainita. Entretanto, a fração de área do constituinte de MA é calculada em relação à microestrutura total.
[099]As fases constituintes restantes da microestrutura de aço diferentes de uma fase bainita são uma, duas ou mais dentre uma fase ferrita, uma fase perlita e uma fase martensita.
[0100]Doravante, um método para fabricar a chapa de aço espessa de acordo com a presente invenção será descrito.
[0101]No caso em que um material de aço que tem a composição química descrita acima tem a temperatura especificada após a fundição ter sido realizada, o material de aço é submetido à laminação a quente sem resfriar o material de aço ou após ter resfriado primeiro e, então, aquecido o material de aço a fim de obter uma chapa de aço que tem dimensões e formato especificados. Embora não seja necessário impor limitações particulares sobre qual método é usado para fabricar um material de aço, é preferencial que o aço fundido seja preparado com o uso de um método de fundição conhecido, tal como um que use um conversor e que o aço fundido se transforme em uma placa que tem dimensões especificada com o uso de um método conhecido, tal como um método de fundição contínua. Um método de fundição-lami- nação de placa de lingote também pode ser usado a fim de obter uma placa.
[0102]A temperatura de aquecimento de placa se limita a ser 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa. No caso em que a temperatura de aquecimento é mais baixa que 950°C, visto que há um aumento excessivo na carga de laminação devido a um aumento na resistência à deformação, há uma diminuição na eficiência de lami- nação. Além disso, a fim de obter de maneira estável a resistência à abrasão satisfatória, é necessário formar uniformemente o constituinte de MA ao longo de toda a chapa de aço. No caso em que a temperatura de aquecimento é mais baixa que 950°C, visto que há difusão insuficiente de elementos químicos segregados, tais como C e Mn existentes em uma porção de microssegregação em um material de aço, o constituinte de MA é preferencialmente formado na porção de segregação, que resulta em uma distribuição irregular do constituinte de MA. Por outro lado, no caso em que a temperatura de aquecimento é mais alta que 1.250°C, visto que uma quantidade excessiva de incrustação é formada, há uma diminuição na razão de rendimento, e há um aumento no consumo de energia. Portanto, a temperatura de aquecimento se limita a ser 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa. Aqui, a “temperatura de aquecimento de placa” se refere a uma temperatura média na direção de espessura da placa derivada pelo cálculo de transferência térmica-condução térmica. A temperatura média na direção de espessura de uma placa é quase igual à temperatura em uma posição situada em 1/4 da espessura.
[0103]A laminação a quente é realizada com uma temperatura de entrega de acabamento igual a ou mais alta que Ar3. No caso em que a temperatura de entrega de acabamento é mais baixa que a Ar3, visto que ferrita é formada, uma quantidade suficiente de bainita não é formada. Portanto, a temperatura de entrega de acabamento é definida como igual a ou mais alta que a Ar3. Além disso, no caso em que a temperatura de entrega de acabamento é excessivamente alta, visto que os grãos de austenita crescem, há um aumento no diâmetro de grão de austenita. Portanto, visto que há um aumento excessivo na quantidade de martensita formada devido a um aumento excessivo na capacidade de endurecimento por arrefecimento brusco, é difícil formar a microestrutura desejada. Portanto, é preferencial que o limite superior da temperatura de entrega de acabamento seja 930°C ou inferior. Aqui, é possível determinar a temperatura de transformação Ar3 a partir de uma curva de expansão térmica obtida quando o resfriamento é realizado a partir de uma faixa de temperatura para formar austenita. Além disso, a “temperatura de entrega de acabamento” se refere à temperatura da superfície de uma chapa de aço.
[0104]O resfriamento acelerado é iniciado imediatamente após a laminação a quente ter sido realizada. “Imediatamente” significa “dentro de 30 segundos” após a laminação a quente ter sido realizada. A taxa de resfriamento é definida como 5 °C/s ou mais, e a temperatura de interrupção de resfriamento é definida como 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa. No caso em que a taxa de resfriamento é inferior a 5 °C/s, visto que a ferrita é formada, uma quantidade suficiente de bainita não é formada. Portanto, a taxa de resfriamento é definida como 5 °C/s ou mais. Além disso, embora não exista nenhuma limitação particular no limite superior da taxa de resfriamento, visto que o limite superior da taxa de resfriamento de resfriamento acelerado é dependente da transferência térmica na superfície da chapa de aço, a taxa de resfriamento prática é 80 °C/s ou menos. Aqui, a “taxa de resfriamento” se refere a uma taxa de resfriamento média em uma posição situada em 1/4 da espessura entre o tempo que o resfriamento acelerado é iniciado e o tempo que o resfriamento acelerado é interrompido. Na presente invenção, a temperatura inicial de resfriamento, a taxa de resfriamento e a temperatura de interrupção de resfriamento são especificadas em termos da temperatura em uma posição situada em 1/4 da espessura, porque se considera que a temperatura em uma posição situada em 1/4 da espessura representa uma temperatura intermediária entre aquela da superfície da chapa de aço e aquela em uma posição em 1/2 da espessura da chapa de aço, e representa a temperatura média da espessura total da chapa de aço.
[0105]No caso em que a temperatura de interrupção de resfriamento é mais baixa que 400 °C, visto que a transformação de bainita é concluída, uma quantidade suficiente do constituinte de MA não é formada. Por outro lado, no caso em que a temperatura de interrupção de resfriamento é mais alta que 650 °C, visto que C é gasto pela perlita formada quando o resfriamento de ar é adicionalmente continuado, uma quantidade suficiente de constituinte de MA não é formada. Portanto, a temperatura de interrupção de resfriamento é definida como 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa. Aqui, a "temperatura de interrupção de resfriamento” se refere à temperatura em uma posição situada em 1/4 da espessura quando o resfriamento acelerado é interrompido.
[0106]Em vez de realizar um processo de resfriamento acelerado após a la- minação a quente ter sido realizada, o processo de resfriamento acelerado pode ser realizado após um processo no qual o resfriamento por radiação é realizado após a laminação a quente ter sido realizada a uma temperatura mais baixa que 400 °C em termos da temperatura em uma posição situada em 1/4 da espessura na qual a transformação de ferrita ou transformação de bainita é concluída e em que o reaquecimento é, então, realizado a uma temperatura igual a ou mais alta que Ac3 e 950°C ou inferior. É necessário que o processo de resfriamento acelerado seja iniciado antes que a temperatura da chapa de aço seja reduzida e a transformação de ferrita comece. Portanto, é preferencial que o processo de resfriamento acelerado seja iniciado dentro de 30 segundos após a chapa de aço ter sido trazida para fora de um forno de reaqueci- mento.
[0107]No caso em que a temperatura de reaquecimento é mais baixa que Ac3, a transformação reversa de ferrita em austenita não ocorre de maneira suficiente. Visto que é necessário que a microestrutura de toda a chapa de aço seja transformada em austenita no processo de reaquecimento, o reaquecimento é realizado a uma temperatura igual a ou mais alta que a Ac3 em termos da temperatura em uma posição situada em 1/2t da chapa de aço. No caso em que a temperatura de reaquecimento é mais alta que 950°C, há um efeito negativo sobre a tenacidade devido a um aumento no diâmetro de grão de austenita, e há um aumento no consumo de energia. Portanto, a temperatura de reaquecimento é definida como igual a ou mais alta que a Ac3 e 950°C ou inferior. “Temperatura de reaquecimento” se refere à temperatura em uma posição situada em 1/2t de uma chapa de aço, e a temperatura de reaquecimento é derivada pelo cálculo de transferência térmica-condução térmica. Aqui, é possível determinar a temperatura de transformação Ac3 a partir de uma curva de expansão térmica obtida quando o aquecimento é realizado a partir de uma faixa de temperatura para formar ferrita até uma faixa de temperatura para formar austenita.
EXEMPLOS
[0108]Através da preparação de aços fundidos que têm as composições químicas fornecidas na Tabela 1 com o uso de um forno de fusão a vácuo, e através da fundição do aço fundido em um molde de fundição, 150 kg de lingotes de aço (placas) foram fabricados. As placas obtidas foram aquecidas e submetidas à laminação a quente e, então, o resfriamento acelerado foi realizado. Aqui, algumas das chapas de aço que foram resfriadas com ar após a laminação a quente foram realizadas, adicionalmente reaquecidas e, então, submetidas a resfriamento acelerado.
[0109]Tomando-se as peças de teste a partir das chapas de aço obtidas, a observação de microestrutura e um teste de abrasão foram realizados. Os métodos de teste são da seguinte forma.
[0110](1) Observação de microestrutura
[0111]Tomando-se uma peça de teste for observação de microestrutura a partir de uma posição situada em 1/4 da espessura da chapa de aço obtida de modo que a superfície de observação seja um corte transversal paralelo à direção de laminação, realizando-se, então, o polimento espelhado na superfície, e realizando-se ataque com nital, a microestrutura foi exposta. Subsequentemente, através da observação de três campos de visão selecionados aleatoriamente com o uso de um microscópio óptico com uma ampliação de 400 vezes a fim de obter fotografias, e através da identificação de uma fase bainita através de um teste visual, uma razão de área (fração de fase bainita) foi calculada. Além disso, através da realização do polimento espelhado novamente na mesma peça de teste para observação de microestrutura, e através da realização do ataque em duas etapas, o constituinte de MA foi exposto. Subsequentemente, e através da observação de dez campos de visão em uma porção na qual uma estrutura de bainita foi formada com o uso de um microscópio eletrônico de varredura com uma ampliação de 2.000 vezes a fim de obter fotografias, a razão de área do constituinte de MA (fração de fase constituinte de MA) foi calculada com o uso de software de análise de imagens. Aqui, “razões de área” de uma fase bainita e constituinte de MA se referem às razões de área em relação à microestrutura total.
[0112](2) Teste de abrasão
[0113]Tomando-se uma peça de teste de abrasão (que tem uma espessura de 10 mm, uma largura de 25 mm e um comprimento de 75 mm) a partir da chapa de aço obtida de modo que uma posição situada em 0,5 mm da superfície da chapa de aço fosse uma superfície de teste (superfície de abrasão), e montando-se a peça de teste em uma máquina de teste de abrasão ilustrada na Figura 1, um teste de abrasão foi realizado.
[0114]A peça de teste de abrasão foi montada em uma direção em um ângulo reto em relação ao eixo geométrico rotacional do rotor da máquina de teste de abrasão de modo que a superfície de 25 mm x 75 mm fique voltada na direção tangencial da circunferência do círculo rotacional e, então, um material de abrasão foi carregado no tambor. A pedra de sílica que tem um diâmetro de grão médio de 30 mm foi usada como um material de abrasão.
[0115]O teste foi realizado girando-se o rotor e o tambor, respectivamente, em velocidades rotacionais de 600 rpm e 45 rpm. Após ter girado o rotor 10.000 vezes no total, o teste foi finalizado. Após o teste ter sido realizado, o peso de cada peça de teste foi determinado. Através do cálculo da diferença (= diminuição no peso) entre o peso após o teste ter sido realizado e peso inicial, e com o uso da diminuição no peso de SS400 (JIS G 3101 “Rolled steels for general structure”) como um valor padrão, uma razão de resistência à abrasão ((valor padrão)/(diminuição no peso da peça de teste)) foi calculada. Um caso em que a razão de resistência à abrasão era 1,5 ou mais foi considerado como o caso de “excelente resistência à abrasão”.
[0116](3) Trabalhabilidade de flexão
[0117]Um teste de flexão de 180 graus foi realizado em uma amostra de aço (que tem uma largura de 100 mm, um comprimento de 300 mm, e a espessura da chapa de aço original (t mm)) com o uso de um método de flexão por pressão com um raio de flexão de 2,0t (t: espessura) de acordo com JIS Z 2248 (2006). Através da realização de um teste visual, um caso em que um defeito, tal como uma rachadura ou outros não foi encontrado na amostra após o teste de flexão foi realizado foi considerado como o caso de boa trabalhabilidade de flexão.Os resultados dos testes descritos acima foram fornecidos em conjunto com as condições de fabricação na Tabela 2. No caso dos exemplos da presente invenção, ou seja, nos 1 a 15, 17, 18, e 20, a razão de resistência à abrasão foi de 1,5 ou mais, o que esclarece que esses exemplos tiveram excelente resistência à abrasão. Por outro lado, no caso do exemplo comparativo no 16 em que a fração de fase bainita e a fração de fase de constituinte de MA na microestrutura de aço não satisfazem os requisitos da presente invenção, a trabalhabilidade de flexão foi insatisfatória. Além disso, no caso do exemplo comparativo no 19 em que a fração de fase bainita e a fração de fase de constituinte de MA na microestrutura de aço não satisfazem os requisitos da presente invenção, a resistência à abrasão foi insatisfatória. No caso dos nos 21 a 23 em que a fração de fase de constituinte de MA na microestrutura de aço não satisfaz os requisitos da presente invenção, a resistência à abrasão foi insatisfatória
Figure img0001
Figure img0002

Claims (5)

1. Chapa de aço espessa CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma composição química que contém, em % em massa,C: 0,200% ou mais e 0,350% ou menos,Si: 0,05% ou mais e 0,45% ou menos,Mn: 0,50% ou mais e 2,00% ou menos,P: 0,020% ou menos,S: 0,005% ou menos,Al: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, eem que o balanço é Fe e impurezas inevitáveis,em que CI, que é definido pela equação (1) abaixo, satisfaz a condição de que CI é 40 ou mais,e uma microestrutura de aço em que a fração de área de uma fase bainita é 60% ou mais, a fração de área de constituinte de Martensita-Austenita na fase bainita é 5% ou mais e inferior a 20% em relação à microestrutura total, eas fases constituintes restantes são uma, duas ou mais dentre uma fase fer- rita, uma fase perlita e uma fase martensita:CI = 60C + 8Si + 22Mn + 10(Cu + Ni) + 14Cr + 21Mo + 15V ••• (1),em que, na equação, símbolos atômicos denotam respectivamente os teores (% em massa) dos elementos químicos de liga correspondentes, e em que o teor de um elemento químico que é 0 é definido como 0.
2. Chapa de aço espessa, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a chapa de aço espessa tem uma composição química que contém opcionalmente, em % em massa, um ou mais selecionados dentreCu: 0,03% ou mais e 1,00% ou menos,Ni: 0,03% ou mais e 2,00% ou menos, Cr: 0,05% ou mais e 2,00% ou menos,Mo: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos,V: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos,Nb: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos,Ti: 0,005% ou mais e 0,100% ou menos, eB: 0,0003% ou mais e 0,0030% ou menos.
3. Chapa de aço espessa, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que a chapa de aço espessa tem uma composição química que contém opcionalmente, em % em massa, um ou mais selecionados dentreREM: 0,0005% ou mais e 0,0080% ou menos,Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, eMg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos.
4. Método para fabricar uma chapa de aço espessa, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:aquecer uma peça fundida ou uma peça de aço que tem a composição química, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, a uma temperatura de 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa, realizando a laminação a quente com uma temperatura de entrega de acabamento igual a ou mais alta que Ar3, erealizar resfriamento acelerado imediatamente após a laminação a quente ter sido realizada, a uma taxa de resfriamento de 5 °C/s ou mais em uma faixa de temperatura de 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa.
5. Método para fabricar uma chapa de aço espessa, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende:aquecer uma peça fundida ou uma peça de aço que tem a composição química, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, a uma temperatura de 950 °C ou mais alta e 1.250 °C ou mais baixa, realizar laminação a quente,realizar resfriamento de ar a uma temperatura mais baixa que 400 °C,realizar então o reaquecimento a uma temperatura igual a ou mais alta que a Ac3 e 950 °C ou mais baixa, erealizar o resfriamento imediatamente após o reaquecimento ter sido realizado, a uma taxa de resfriamento de 5 °C/s ou mais em uma faixa de temperatura de 400 °C ou mais alta e 650 °C ou mais baixa.
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