BR112017000008B1

BR112017000008B1 - Método de fabricação de uma folha de aço e folha de aço

Info

Publication number: BR112017000008B1
Application number: BR112017000008-3A
Authority: BR
Inventors: Wei Xu; Artem Arlazarov
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2021-03-23
Also published as: JP6668265B2; HUE044408T2; MA40198B1; JP2020045577A; CA2954132A1; US20170145537A1; CN106574349B; RU2016151793A; KR102423654B1; EP3164515A2; EP3164515B1; PL3164515T3; CN106574349A; WO2016001887A2; BR112017000008A2; WO2016001699A1; JP2017524822A; MX2017000190A; RU2016151793A3; UA119061C2

Abstract

trata-se de um método de fabricação de uma folha de alta resistência que tem uma segregação de formabilidade aperfeiçoada de acordo com a qual a composição química do aço contém, em porcentagem em peso: 0,1% = c = 0,4% 4,2% = mn = 8,0% 1% = si = 3% 0,2% = mo = 0,5% em que o restante é fe e impurezas inevitáveis, sendo que o método compreende as etapas de realizar o recozimento de uma folha laminada produzida a partir do dito aço embebendo-se o mesmo a uma temperatura de recozimento at maior que o ponto de transformação ac3 do aço, resfriar bruscamente a folha resfriando-se a mesma até uma temperatura de resfriamento brusco qt entre os pontos de transformação ms e mf a fim de se obter uma estrutura final que contenha pelo menos 65% de martensita e pelo menos 20% de austenita residual, sendo que a soma dos teores da ferrita e da bainita é menos que 10%, aquecer a folha até uma temperatura de sobre-envelhecimento pt entre 300 °c e 500 °c e manter a mesma na dita temperatura por um pt maior que 10 s, e resfriar a folha até a temperatura ambiente. obtendo-se a folha.

Description

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA FOLHA DE AÇO E FOLHA DE AÇO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a folhas de aço de alta resistência com formabilidade e resistência excelentes e a um método de produção das mesmas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Para se fabricar vários equipamentos, tais como peças de automóvel, trailers, caminhões e assim por diante, folhas de aço de alta resistência, produzidas a partir de aços tais como aços de DP (dupla fase) ou TRIP (plasticidade induzida por transformação) são usados.

[003] A fim de se reduzir o peso dos equipamentos, que é muito desejável a fim de se reduzir o consumo de energia, é muito desejável se ter aços que têm propriedades mecânicas melhores, tais como limite de elasticidade ou resistência à tração. Porém, tais aços devem ter uma boa formabilidade.

[004] Para esse propósito foi proposto o uso de aços que contêm cerca de 0,2% de C, 2,5% de Mn, 1,5% de Si e que têm uma estrutura que consiste em martensita e austenita retida. As folhas são produzidas em linhas de recozimento contínuo através de um tratamento térmico que consiste em um recozimento, um resfriamento brusco não interrompido e um sobre-envelhecimento. O propósito do sobre-envelhecimento é gerar um enriquecimento de carbono da austenita retida através da transferência da martensita a fim de se aumentar a estabilidade da austenita retida. Nesses aços, o teor de Mn permanece sempre menor que 3,5%. Embora com tais aços seja possível se obter propriedades interessantes, permanece desejável se obter uma austenita retida que tenha uma melhor estabilidade a fim de se obter melhores características. Porém, a ductilidade que é necessária para se ter uma boa formabilidade deve permanecer boa e, especificamente, uma boa flangeabilidade de estiramento é desejável.

[005] Por esses motivos, permanece uma necessidade de se ter um aço e um processo para se fabricar facilmente folhas de aço de alta resistência em linhas de tratamento térmico contínuo.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Para esse propósito, a invenção se refere a um método para se fabricar facilmente uma folha de alta resistência que tem uma formabilidade aperfeiçoada de acordo com a qual a composição química do aço contém, em porcentagem em peso:
0,1% ≤ C ≤ 0,4%
4,2% ≤ Mn ≤ 8,0%
1 % ≤ Si ≤ 3%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,5%,
em que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o método compreende as etapas de:

- realizar o recozimento de uma folha laminada produzida a partir do dito aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento AT maior que o ponto de transformação Ac3 do aço,
- resfriar bruscamente a folha resfriando-se a mesma até uma temperatura de resfriamento brusco QT entre os pontos de transformação Ms e Mf do aço a fim de se obter uma estrutura que contenha pelo menos 50% de martensita e pelo menos 10% de austenita residual, sendo que a soma de ferrita e bainita é menos que 10%, - aquecer a folha até uma temperatura de sobre-envelhecimento PT entre 300 °C e 500 °C e manter a mesma na dita temperatura por um tempo Pt maior que 10 s e,
- resfriar a folha até a temperatura ambiente.

[007] De preferência, a composição química do aço contém 4,5% ≤ Mn ≤ 5,5%.

[008] De preferência, a composição química do aço é tal que:
0,15% ≤ C ≤ 0,25%
1,4% ≤ Si ≤ 1,8%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,35%

[009] De preferência, a composição química do aço contém:
0,15% ≤ C ≤ 0,25%
4,5% ≤ Mn ≤ 5,5%
1,4% ≤ Si ≤ 1,8%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,35%
e a temperatura de recozimento AT é maior que 780 °C e menor que 950 °C, a temperatura de resfriamento brusco se encontra entre 130 °C e 180 °C e o tempo de sobre-envelhecimento se encontra entre 100 s e 600 s.

[010] Opcionalmente, a folha pode ser adicionalmente revestida, por exemplo, através de revestimento por imersão a quente com ou sem formação de liga, em que o revestimento é possivelmente produzido antes do resfriamento da folha até a temperatura ambiente.

[011] A invenção também se refere a uma folha de aço de alta resistência à tração produzida a partir de aço cuja composição química contém, em porcentagem em peso:
0,1% ≤ C ≤ 0,4%
4,2% ≤ Mn ≤ 8%
1 % ≤ Si ≤ 3%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,5%,
em que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o aço tem uma estrutura que contém pelo menos 50% de martensita, pelo menos 10% de austenita retida, menos que 10% da soma de ferrita e bainita e não há uma segregação central quando é observado com microscópio óptico.

[012] Em particular, a composição química do aço é tal que 4,2 % ≤ Mn ≤ 8,0%.

[013] De preferência, a composição química do aço é tal que 4,5% ≤ Mn ≤ 5,5 %.

[014] De preferência, a composição química do aço contém:
0,15% ≤ C ≤ 0,25%
4,5% ≤ Mn ≤ 5,5%
1,4% ≤ Si ≤ 1,8%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,35%

[015] O limite de elasticidade YS pode ser maior ou igual a 1.000 MPa, a resistência à tração maior ou igual a 1.300 MPa, o alongamento uniforme UE maior ou igual a 10%, o alongamento total maior ou igual a 13% e a razão de expansão de orifício HER, medida de acordo com o padrão ISO 16630:2009, maior ou igual a 15%.

[016] Opcionalmente, pelo menos uma face da folha é revestida, por exemplo, através de revestimento por imersão a quente metálico.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[017] A invenção será agora descrita em detalhes e ilustrada pelos exemplos sem se introduzir limitações.

[018] A composição do aço, de acordo com a invenção, compreende, em por cento em peso:

- 0,1% ≤ C ≤ 0,4% e preferencialmente 0.15% ≤ C e/ou C ≤ 0,25% a fim de se obter uma resistência satisfatória e se aperfeiçoar a estabilidade da austenita retida. Se o teor de carbono for muito alto, a soldabilidade é reduzida.
- 4,2% ≤ Mn ≤ 8,0 %. O teor de Mn é maior que 4,2% a fim de se aperfeiçoar a estabilidade da austenita retida por um enriquecimento maior da austenita em Mn e através da diminuição do tamanho de grão da austenita. A diminuição do tamanho de grão de austenita tem a vantagem de diminuir a distância de difusão que é necessária para se transferir carbono e manganês da martensita para a austenita e, portanto, aumentando a velocidade da difusão desses elementos durante a etapa de sobre-envelhecimento. Além disso, um teor de manganês maior que 4,2% diminuiu os pontos de transformação Ms, Ac1 e Ac3 que facilita se alcançar o tratamento térmico. De preferência, o teor de Mn se encontra acima de 4,5%. Porém, o teor de manganês deve permanecer menor que 8% e, preferencialmente, menor que 5,5% a fim de não se reduzir muito a ductilidade.
- Si ≥ 1% e preferencialmente Si ≥ 1,4 % e Si ≤ 3% e preferencialmente Si ≤ 1,8%. O silício é útil para se estabilizar a austenita, para fornecer o aumento da resistência de solução sólida e para retardar a formação de carbonetos durante a redistribuição de carbono da martensita para a austenita. Porém, com um teor de silício muito alto, óxidos de silício se formarão na superfície da folha que é prejudicial à revestibilidade e à ductilidade.
- 0,2% ≤ Mo ≤ 0,5%. O Mo deve estar acima de 0,2% a fim de se reduzir a segregação central que pode resultar do alto teor de manganês e que é prejudicial à flangeabilidade de estiramento. Acima de 0,5%, o molibdênio pode forma muitos carbonetos que podem ser prejudiciais para a ductilidade. De preferência, o teor de Mo se encontra abaixo de ou igual a 0,35%

[019] O restante é Fe e impurezas que resultam da fusão. Tais impurezas incluem N, S, P e elementos residuais, tais como Cr, Ni, B e Al.

[020] Geralmente, o teor de N permanece menor que 0,01%, o teor de S menor que 0,01%, o teor de P menor que 0,02%, o teor de Cr menor que 0,1% e o teor de Ni menor que 0,1%, o teor de Cu menor que 0,2%, o teor de B menor que 0,0005% e o teor de Al menor que 0,001%. No entanto, deve-se observar que o Al pode ser adicionado a fim de se desoxidar o aço. Nesse caos, seu teor pode alcançar 0,04%. Além disso, o Al pode formar pequenos precipitados de AlN que podem ser usados para limitar o crescimento de grão austenítico durante o recozimento.

[021] Nenhuma formação de microliga, tal como Ti, V e Nb, é alvejada no aço de acordo com a invenção. Tais teores de elementos são individualmente limitados a 0,050%, preferencialmente, a soma de Nb, Ti, V é limitada a 0,1 %.

[022] Uma folha laminada a quente que tem uma espessura entre 2 e 5 mm pode ser produzida de um modo conhecido com esse aço. Após a laminação a quente, a folha pode ser recozida intermitentemente a uma temperatura entre 400 °C e 600 °C por 300 segundos a 10 horas. A folha laminada a quente pode ser decapada e laminada a frio para se obter uma folha laminada a frio que tem uma espessura entre 0,5 mm e 2 mm.

[023] Então, a folha é tratada termicamente em uma linha de recozimento contínuo.

[024] Antes do tratamento térmico, uma temperatura de resfriamento brusco ótima QTop é determinada. Essa temperatura de resfriamento brusco ótima é a temperatura na qual o resfriamento brusco deve ser interrompido a fim de se obter um teor ótimo de austenita retida. Essa temperatura de resfriamento brusco ótima pode ser calculada com o uso das relações de Andrews e Koistinen Marburger:
Ms = 539 - 423 x C - 30,4 x Mn - 12,1 x Cr - 7,5 x Mo - 7,5 x Si
e
fα’ = 1 - exp{-0,011 x (Ms - T)}
sendo que fα’ é a proporção de martensita na temperatura T durante o resfriamento brusco,
e assumindo-se que, após o resfriamento brusco até uma temperatura QT, o aço e sobre-envelhecido a uma temperatura maior que QT e que, devido ao sobre-envelhecimento, o particionamento de carbono entre a martensita e a austenita restante é realizado por completo.

[025] Os técnicos no assunto reconhecerão como realizar esse cálculo.

[026] O propósito do tratamento térmico é de se obter uma estrutura que consiste em pelo menos 50% e preferencialmente pelo menos 65% de martensita e pelo menos 10% e preferencialmente pelo menos 20% de austenita retida com a menor quantidade possível de ferrita ou bainita. A soma fração superficial de ferrita e bainita é menor que 10% e preferencialmente menor que 5%.

[027] É evidente para os técnicos no asunto que essa estrutura é a estrutura final, isto é, após o tratamento completo. Logo após o resfriamento brusco, a estrutura contém apenas martensita e austenita.

[028] As proporções de martensita, ferrita e bainita são frações de área desses constituintes. A proporção de austenita residual é medida por difração de RX. Os técnicos no assunto sabem como se determinar essas proporções.

[029] Para isso, a folha é recozida a uma temperatura de recozimento AT maior que o ponto de transformação Ac3 do aço, mas preferencialmente menos que 950 °C a fim de não se espessar muito os grãos de austenita.

[030] Então, a folha é resfriada bruscamente resfriando-se a uma velocidade de resfriamento maior que 0,1 °C/s até uma temperatura de resfriamento brusco QT menor que o ponto de transformação Ms do aço e preferencialmente entre QTOP - 20 °C e QTOP + 20 °C. Esse é um recurso importante da invenção visto que a endurecibilidade é alta no aço de acordo com a invenção. Como uma consequência, a ferrita não se forma mediante o resfriamento mesmo em taxas de resfriamento baixas tais como 3 °C/s, não é, portanto, necessário se ter um resfriamento acelerado. De preferência, a taxa de resfriamento se encontra entre 0,1 °C/s e 70 °C/s.

[031] Após o resfriamento brusco, a folha é aquecida para uma temperatura de sobre-envelhecimento entre 300 °C e 500 °C e mantida nessa temperatura ou em torno dessa temperatura por um tempo de pelo menos 10 s e preferencialmente entre 100 s e 600 s a fim de se transferir carbono da martensita para a austenita sem se formar carbonetos.

[032] Para um aço cuja composição compreende 0,15% a 0,25% de C, 4,5% a 5,5% de Mn, 1,4% a 1,8% de Si e 0,2% a 0,35% de Mo, a temperatura de recozimento pode estar entre 780 °C e 950 °C e a temperatura de resfriamento brusco entre 130 °C e 180 °C.

[033] Após o sobre-envelhecimento, a folha é resfriada até a temperatura ambiente. Com esse aço e esse processo é possível se obter uma folha que tem um limite de elasticidade YS de mais que 1.000 MPa, uma resistência à tração TS de mais que 1.300 MPa, um alongamento uniforme UE maior ou igual a 10% e um alongamento total TE maior ou igual a 13%, sem segregação central quando observado com microscópio óptico.

[034] Como um exemplo (Exemplo) e uma comparação (Comp), os aços cujas composições em % em peso, pontos de transformação e temperatura de resfriamento brusco ótima QTop são fornecidos na Tabela 1, foram produzidos. Para a composição química, apenas os teores de C, Si, Mn e Mo são fornecidos, em que o restante é Fe e impurezas. Os valores de Ac1 e Ac3 foram medidos. Os valores de Ms e Mf foram calculados com o uso das relações de Andrews e Koistinen Marburger.

[035] Folhas laminadas a quente que têm uma espessura de 2,4 mm foram produzidas. As folhas foram recozidas intermitentemente a 600 °C por 5 horas, então, decapadas, então, laminadas a frio para se obter folhas laminadas a frio que tem uma espessura de 1,2 mm. Três amostras das folhas laminadas a frio foram submetidas ao tratamento térmico variando-se a temperatura de resfriamento brusco QT.

[036] As condições de tratamento térmico e as propriedades mecânicas que resultam dos tratamentos térmicos são relatadas na Tabela 2.

[037] Nessa Tabela 2, AT é a temperatura de recozimento, QT a temperatura de resfriamento brusco, PT a temperatura de sobre-envelhecimento, Pt o tempo de sobre-envelhecimento, YS é o limite de elasticidade, TS a resistência à tração, UE o alongamento uniforme, TE o alongamento total, HER a razão de expansão de orifício, α o ângulo de dobramento medido pelo testo de flexibilidade e RA a quantidade de austenita retida na microestrutura. A razão de expansão de orifício que é uma medida da flangeabilidade de estiramento é medida com o uso do método de acordo com o padrão ISO 16630: 2009. Devido às diferenças entre os métodos de medição, o valor da razão HER de acordo com o padrão ISO é muito diferente e não é comparável ao valor da razão λ de acordo com o padrão JFS T 1001 (padrão da federação de ferro e aço do Japão). O ângulo de dobramento é medido com o uso de qualquer método conhecido pelos técnicos no assunto.

[038] Pode-se observar que, com o aço de acordo com a invenção, é possível se obter, simultaneamente, um alto limite de elasticidade, uma alta resistência à tração, alongamentos muito bons e uma razão de expansão de orifício significativamente melhor que com o aço da “comparação” que não contém molibdênio, para temperaturas QT semelhantes.

[039] A comparação dos exemplos 1 e 2 com os exemplos 3 e 4 ilustra que, quando a temperatura de recozimento AT, que é maior que o ponto de transformação Ac3 do aço, é aumentada, o tamanho de grão austenítico é aumentado, o que leva a propriedades de alongamento de modo geral melhores.

[040] A comparação dos exemplos 4 e 5 mostra que, quando a temperatura de resfriamento brusco é aumentada, o limite de elasticidade diminui, enquanto que a resistência à tração aumenta, devido à presença de um teor menor de martensita temperada na microestrutura.

[041] O aço dos exemplos 6 é resfriado bruscamente a uma temperatura de resfriamento brusco abaixo de Mf, o que leva a uma estrutura que contém um teor muito baixo de austenita retida e, portanto, que tem propriedades de alongamento insatisfatórias.

[042] As temperaturas de resfriamento brusco dos exemplos 7 e 8 estão compreendidas entre os pontos de transformação Ms e Mf dos pontos de aço do aço, mas não de modo que uma estrutura final que contém pelo menos 10% de austenita residual seja obtida. Em particular, a temperatura de resfriamento brusco do exemplo 7 é muito baixa para assegurar um teor de austenita residual de pelo menos 10%. A temperatura de resfriamento brusco do exemplo 8 é muito alta, de modo que, quando o aço alcança a temperatura de resfriamento brusco, a quantidade de martensita é muito baixa para assegurar uma estabilização suficiente de austenita quando a folha é mantida na temperatura de sobre-envelhecimento. Portanto, os alongamentos uniformes e totais dos exemplos 6, 7 e 8 são suficientes.

[043] Além disso, um exame micrográfico mostrou que, nos aços de acordo com a invenção, não havia segregação central quando a microestrutura de aço foi observada com um microscópio óptico. É por isso que a formabilidade é aperfeiçoada, pois a segregação central é prejudicial às propriedades de uso.

[044] A folha que é descrita acima não é revestida. Porém, é evidente que a folha pode ser revestida por quaisquer meios, isto é, através de revestimento por imersão a quente, por eletrorrevestimento, por revestimento a vácuo, tal como JVD ou PVD, e assim por diante. Quando a folha é revestida por imersão a quente, o revestimento pode ser de galvanização com ou sem formação de liga (galvanização e recozimento). Nesses casos, o tratamento térmico que corresponde à imersão a quente e eventualmente à formação de liga que são realizados antes do resfriamento da folha até a temperatura ambiente deve ser considerado. Os técnicos no assunto sabem como o fazer, por exemplo, por testes, a fim de otimizar a temperatura e o tempo de sobre-envelhecimento. Nesse caso, pelo menos uma face da folha pode ser revestida e, mais especificamente, revestida de modo metálico.

Claims

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA FOLHA DE AÇO de alta resistência que tem formabilidade aperfeiçoada de acordo com a qual a composição química do aço contém, em porcentagem em peso:
0,1% ≤ C ≤ 0,4%
4,5% ≤ Mn ≤ 5,5%
1 % ≤ Si ≤ 3%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,5%,
em que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o método é caracterizado por compreender as etapas de:
- - realizar o recozimento de uma folha laminada produzida a partir do aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento AT maior que o ponto de transformação Ac3 do aço,
- - resfriar bruscamente a folha resfriando-se a mesma até uma temperatura de resfriamento brusco QT entre os pontos de transformação Ms e Mf do aço a fim de se obter uma estrutura final que contenha pelo menos 50% de martensita e pelo menos 10% de austenita residual, sendo que a soma de ferrita e bainita é menos que 10 %,
- - aquecer a folha até uma temperatura de sobre-envelhecimento PT entre 300 °C e 500 °C e manter a mesma na temperatura por um tempo Pt maior que 10 s e, - resfriar a folha até a temperatura ambiente.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição química do aço ser tal que:
0,15% ≤ C ≤ 0,25%
1,4% ≤ Si ≤ 1,8%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,35%,
e em que a temperatura de recozimento AT é maior que 780 °C e menor que 950 °C, a temperatura de resfriamento brusco se encontra entre 130 °C e 180 °C, e o tempo de sobre-envelhecimento se encontra entre 100 s e 600 s.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela folha ser resfriada para a temperatura de resfriamento brusco QT de modo que a estrutura final satisfaça uma ou mais dentre as seguintes condições:
- - o teor de martensita seja de pelo menos 65%,
- - o teor de austenita retida seja de pelo menos 20%,
- - a soma de ferrita e bainita seja de menos que 5%.
MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela folha ser adicionalmente revestida.
MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela folha ser revestida por revestimento por imersão a quente com ou sem formação de liga, sendo que o revestimento é produzido antes do resfriamento da folha até a temperatura ambiente.
FOLHA DE AÇO de alta resistência à tração caracterizada por ser produzida a partir de aço cuja composição química contém, em porcentagem em peso:
0,1% ≤ C ≤ 0,4%
4,5% ≤ Mn ≤ 5,5%
1 % ≤ Si ≤ 3%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,5%,
em que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, sendo que o aço tem uma estrutura que contém mais que 50% de martensita, mais que 10% de austenita retida, menos que 10% da soma de ferrita e bainita, e não há uma segregação central quando é observado com microscópio óptico.
FOLHA DE AÇO de alta resistência à tração, de acordo a reivindicação 6, caracterizada pela composição química do aço ser tal que:
0,15% ≤ C ≤ 0,25%
1,4% ≤ Si ≤ 1,8%
0,2% ≤ Mo ≤ 0,35%.
FOLHA DE AÇO de alta resistência à tração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 e 7, caracterizada pelo limite de elasticidade YS ser maior ou igual a 1.000 MPa, a resistência à tração é maior ou igual a 1.300 MPa, o alongamento uniforme UE é maior ou igual a 10%, o alongamento total é maior ou igual a 13%, e a razão de expansão de orifício HER é maior ou igual a 15%.
FOLHA DE AÇO de alta resistência à tração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizada pela estrutura satisfazer uma ou mais dentre as seguintes condições:
- - o teor de martensita seja pelo menos 65%,
- - o teor de austenita retida seja pelo menos 20%,
- - a soma de ferrita e bainita seja menos que 5%.
FOLHA DE AÇO de alta resistência à tração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizada por pelo menos uma face da folha ser revestida.