BRPI0902906B1 - Method of production of thick steel plate with high tensile resistance - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE PRODUÇÃO DE CHAPA DE AÇO GROSSA COM ALTA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO".

Campo Técnico da Invenção A presente invenção refere-se a um método de produção de uma chapa de aço grossa de alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais que tenha alta capacidade de soldagem livre de preaquecimento e excelente tenacidade à baixa temperatura de uma junta soldada com alta produtividade a baixo custo sem usar o Ni que é caro e sem necessitar um tratamento térmico de revenido de reaquecimento após a laminação. É reivindicada prioridade sobre o Pedido de Patente Japanês n° 2009-061630, registrada em 13 de março de 2009, e sobre o Pedido de Patente Japanês n° 2008-095021, registrado em 1o de abril de 2008, cujos teores estão aqui incorporados como referência.

Antecedentes da Técnica Chapas de aço de alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais que são usadas como membros estruturais de soldagem para máquinas de construção, máquinas industriais, pontes, edifícios, navios e similares precisam ter, em adição à compatibilidade entre a alta resistência e a alta tenacidade do material de base, uma alta capacidade de soldagem livre de preaquecimento e excelente tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada com um aumento na necessidade de membros de construção com uma alta resistência e um aumento no uso em regiões frias. Em adição, chapas de aço grossas de 780 MPa ou mais que satisfazem todas essas características e podem ser produzidas a baixo custo em um curto tempo de construção precisam ter uma espessura de até cerca de 40 mm. Portanto, chapas de aço precisam satisfazer todas as três características, (a) alta resistência e alta tenacidade do material de base, (b) uma característica de isenção de preaquecimento na soldagem a baixo calor em que a quantidade de entrada de calor é 2,0 kJ/mm ou menos, e (c) tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada, com um sistema de compo- nentes de baixo custo em um curto tempo de construção e um processo de produção de baixo custo.

Como método convencional de produção de chapas de aço grossas de alta resistência à tração de 780 MPa ou mais que têm alta capacidade de soldagem ali aplicada, por exemplo, os Documentos de Patente 1 a 3 descrevem um método com endurecimento e revenido diretos, incluindo processos de endurecer diretamente uma chapa de aço em um processo em linha imediatamente após a chapa de aço ser laminada, e subsequentemente encruando-se a chapa de aço.

Em relação a métodos de produção de chapas de aço grossas de alta resistência à tração de 780 MPa ou mais não envolvendo o refino térmico, por exemplo, Documentos de Patente 4 a 8 descrevem métodos de produção que são excelentes em termos de período de tempo de produção e produtividade do ponto de vista de que um tratamento térmico de revenido por reaquecimento pode ser omitido. Entre esses Documentos de Patente, os Documentos de patente 4 a 7 descrevem métodos de produção que usam um processo de parada a meio-curso do resfriamento acelerado no qual o resfriamento acelerado após a laminação de uma chapa de aço é interrompido a meio-curso, e o Documento de Patente 8 descreve um método de produção no qual o resfriamento a ar é executado após a laminação para resfriar a temperatura até a temperatura ambiente.

Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° H03-232923 Documento de Patente 2: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° H09-263828 Documento de Patente 3: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° 2000-160281 Documento de Patente 4: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° 2000-319726 Documento de Patente 5: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° 2000-15859 Documento de Patente 6: Pedido de Patente Japanês Não- Examinado, Primeira Publicação n° 2004-52063 Documento de Patente 7: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° 2001-226740 Documento de Patente 8: Pedido de Patente Japanês Não-Examinado, Primeira Publicação n° H08-188823 Descrição da Invenção Problemas aue a invenção deve resolver Entretanto, nas técnicas convencionais descritas nos Documentos de Patente 1 a 3, o tratamento térmico de revenido com reaquecimento é necessário e assim podem surgir problemas relativos ao período de tempo de produção, produtividade e custo de produção. Consequentemente, há uma forte demanda para o assim chamado método de produção sem refino térmico no qual o tratamento térmico de revenido por reaquecimento pode ser omitido. Em adição, no método de produção descrito no Documento de Patente 4, o preaquecimento a 50°C ou mais é necessário na soldagem conforme descrito nas suas configurações, e assim a alta necessidade de capacidade de soldagem livre de preaquecimento não pode ser satisfeita. Além disso, no método de produção descrito no Documento de Patente 5, uma vez que 0,6% ou mais de Ni precisam ser adicionados à chapa de aço, o sistema de componentes se torna caro e assim pode surgir um problema em relação ao custo de produção. No método de produção descrito no Documento de Patente 6, chapas de aço com uma espessura de até 15 mm podem ser produzidas conforme descrito em suas configurações, assim, a demanda para uma espessura de até 40 mm não pode ser satisfeita. Além disso, mesmo se uma chapa de aço tendo uma espessura de 15 mm for produzida, o teor de C é pequeno e assim a microestrutura de uma junta soldada torna-se bruta, e há o problema de que a junta soldada não pode obter suficiente tenacidade a baixa temperatura. No método de produção descrito no Documento de Patente 7, uma vez que a adição de cerca de 1,0% de Ni é necessária conforme descrito nas suas configurações, o sistema de componentes se torna caro e assim pode surgir um problema em relação ao custo de produção. No método de produção descrito no Documento de Patente 8, apenas as chapas de aço tendo uma espessura de até 12 mm podem ser produzidas conforme descrito nas suas configurações, assim, a demanda por uma espessura de até 40 mm não pode ser satisfeita. Em adição, como uma característica das condições de laminação, a laminação é executada de tal forma que um desbaste cumulativo seja controlado para ser 16 a 30% em um a faixa de temperaturas de duas fases de ferrita e austenita. Consequentemente, os grãos de ferrita tornam-se facilmente embrutecidos e assim há problemas de que a resistência e a tenacidade são facilmente reduzidas na produção das chapas de aço tendo uma espessura de 12 mm.

Conforme descrito acima, apesar da forte demanda dos consumidores por um método de produção de chapa de aço grossa de alta resistência à tração na qual todos os requisitos de alta resistência e alta tenacidade do material de base, alta capacidade de soldagem, e tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada podem ser satisfeitas em uma condição que o Ni, que é um elemento de ligação caro, não é adicionado e que a temperatura do tratamento térmico de revenido por reaque-cimento após a laminação/resfriamento é omitida, tal método não foi ainda desenvolvido.

Em chapas de aço grossas tendo uma resistência de material de base de 780 M Pa ou mais, a influência da espessura das chapas de aço nas características de isenção de preaquecimento é muito significativa. Quando a espessura da chapa de aço é menor que 12 mm, a característica de isenção de preaquecimento pode ser facilmente alcançada. Se a espessura da chapa de aço for menor que 12 mm, a taxa de resfriamento da chapa de aço durante o resfriamento a água pode ser 100°C/s ou mais mesmo em uma parte central da espessura. Nesse caso, a estrutura do material de base pode ser convertida em uma estrutura bainita ou martensita pela adição de uma pequena quantidade de elemento de ligação. Então, o material de base com a resistência de 780 MPa ou mais pode ser obtido. Uma vez que pequenas quantidades adicionais de elemento de ligação são necessárias, a dureza de uma zona afetada pelo calor da solda pode ser suprimida a um baixo nível sem preaquecimento e a fratura por soldagem pode assim ser evitada mesmo sem preaquecimento.

Por outro lado, se a espessura da chapa de aço for grossa, a taxa de resfriamento durante o resfriamento a água é necessariamente reduzida. Consequentemente, com os mesmos componentes que aqueles da chapa de aço fina, a resistência da chapa de aço grossa é reduzida devido ao endurecimento insuficiente, e o requisito de resistência de 780 MPa ou mais não pode ser satisfeito. Particularmente, a resistência na parte central da espessura (parte a 1/2 t) na qual a taxa de resfriamento se torna mínima é aparentemente reduzida. No caso de produção de uma chapa de aço grossa com uma espessura de mais de 40 mm cuja taxa de resfriamento é menor que 8°C/s, é necessário adicionar uma grande quantidade de elemento de ligação para garantir a resistência de um material de base e assim é muito difícil alcançar a característica de isenção de preaquecimento.

Consequentemente, um objetivo da presente invenção é fornecer um método de produção de chapa de aço grossa de alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais que tenha excelente capacidade de soldagem e tenacidade a baixa temperatura e no qual todos os requisitos de alta resistência e alta tenacidade do material de base, alta capacidade de soldagem, e tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada pode ser satisfeita em condições que Ni, que é um elemento de ligação caro, não é adicionado e que o tratamento térmico de revenido por reaquecimento após a laminação/resfriamento é omitido.

Características concretas da chapa de aço que são um objetivo da presente invenção são como segue. (a) Em uma parte central da espessura de um material de base, a resistência à tração é 780 MPa ou mais, e preferivelmente 1000 MPa ou menos, o limite de escoamento é 685 MPa ou mais, e a energia absorvida Charpy a -80°C é 100 J ou mais. (b) A temperatura de preaquecimento necessária para evitar fratura de soldagem durante um teste de fratura de soldagem do tipo-y à temperatura ambiente é 25°C ou menos, ou o preaquecimento não é necessário. (c) A energia absorvida Charpy de uma zona afetada pelo calor da solda (HAZ) de uma junta submetida à soldagem por arco submerso (SAW) a uma entrada de temperatura de soldagem de 3,0 kJ/mm é 60 J ou mais a -50°C.

Em adição, a espessura da chapa de aço na faixa de 12 a 40 mm é um objetivo da presente invenção.

Meios para solucionar o problema Para resolver os problemas descritos acima, os presentes inventores conduziram um número de análises de materiais base e juntas soldadas na base da suposição da produção por endurecimento direto após a la-minação em um sistema de componentes ao qual o Ni não é adicionado. Ocorreram dois problemas que foram difíceis de solucionar. Um é a garantia da tenacidade à baixa temperatura de uma junta soldada sem a adição de Ni. Em relação a esse problema, várias análises foram executadas sob a influência de componentes adicionados na tenacidade de uma zona afetada pelo calor (HAZ) de uma junta submetida à soldagem por arco submerso (SAW) a uma entrada de calor de cerca de 3,0 kJ/mm. Como resultado, foi recentemente descoberto que uma boa tenacidade da junta soldada pode ser obtida a -50°C sem a adição de Ni, apenas no caso em que o teor de C é estritamente regulado para ser 0,03% ou mais e 0,055% ou menos; a capacidade de endurecimento do aço que pode ser avaliada por um índice de capacidade de endurecimento (valor Dl) está em uma faixa ótima de 1,00 a 2,60; e nenhum dos cinco elementos Mo, V, Si, Ti e B são adicionados ao aço.

Além disso, para alcançar a característica de isenção de prea-quecimento na soldagem de baixa entrada de calor tal como solda com eletrodo metálico com arco coberto, soldagem TIG ou MIG em que a quantidade de entrada de calor é 2,0 kJ/mm ou menos, na base do novo conhecimento, foi executada uma análise em relação à capacidade de soldagem com os componentes satisfazendo a quantidade de C descrita acima e a faixa do valor Dl sem a adição de Ni e dos cinco elementos Mo, V, Si, Ti e B. Como resultado, foi descoberto que regulando-se o valor Pcm representando a sensibilidade à fratura na solda para 0,24% ou menos, a temperatura de preaquecimento necessária para evitar a fratura na solda durante um teste de fratura na solda do tipo-y pode ser controlada para ser 25°C ou menos, ou o preaquecimento não é necessário, e a característica de isenção de preaquecimento pode assim ser alcançada.

Entretanto, o outro problema que foi difícil de resolver foi a compatibilidade entre a resistência do material de base e a tenacidade do material de base sobre toda a espessura de até 40 mm na direção da espessura quando se supõe que o valor Pcm é 0,24% ou menos. Para isso, uma grande quantidade de Mn, por exemplo, na quantidade de 3,0% ou mais, foi adicionada, Nb que é geralmente eficaz para a obtenção da alta resistência ao tornar a estrutura fina, ao contrário, não foi adicionado, e 0,20% ou mais do valor Pcm foi satisfeito. Além disso, quanto às condições de laminação, um desbaste cumulativo em cada uma das duas faixas de temperatura de uma faixa de temperatura de recristalização da austenita de 850°C ou maior, e uma faixa de temperatura de recristalização da austenita de 780 a 830°C foi estritamente regulado. Imediatamente após a laminação, o resfriamento foi executado a uma taxa de resfriamento de 8 a 80°C/s, de uma temperatura de 700°C ou maior até uma temperatura entre a temperatura ambiente e 350°C. Foi recentemente descoberto que sob essas condições, a necessidade de compatibilidade entre a resistência e a tenacidade do material de base sobre toda a espessura de até 40 mm na direção da espessura pode ser satisfeita, isto é, as necessidades de 780 MPa ou mais de resistência à tração, 685 MPa ou mais de limite de escoamento e 100 J ou mais de energia absorvida Charpy a -80°C podem ser satisfeitas. A presente invenção é planejada com base nos novos conhecimentos acima, e a essência da invenção é como segue. (1) Um método de produção de chapa de aço grossa de alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais, o método incluindo: aquecer até 950 a 1100°C uma placa de aço ou uma placa lingotada tendo uma composição de componentes que inclui, em % em massa, 0,030 a 0,055% de C, 3,0 a 3,5% de Mn, 0,002 a 0,10% de Al, 0,01% ou menos de P, 0,0010% ou menos de S, 0,0060% ou menos de N, 0,03% de Mo, 0,09% ou menos de B, 0,003% ou menos de Nb, e o saldo sendo Fe com as inevitáveis impurezas, e cujo valor Pcm representando um parâmetro de fratura na soldagem estando dentro da faixa de 0,20 a 0,24% e o valor Dl representando o índice da capacidade de endurecimento estando dentro da faixa de 1,00 a 2,60, em que quando [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Al] e [B] são as quantidades, expressas em % em massa, de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Al e B respectivamente, o valor Pcm e o valor Dl são dados como segue: Pcm = [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cu]/20 + [Ni]/60 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B], Dl = 0,367([C]1/2)(1 + 0,7[Si])(1 + 3,33[Mn])(1 + 0,35[Cu]) (1 + 0,36[Ni])(1 + 2,16[Cr])(1 + 3,0[Mo]) (1+1,75[V])(1 + 1,77 [Al]); executar uma primeira laminação com um desbaste cumulativo de 70 a 90% quando a temperatura estiver em uma faixa de 850°C ou mais; executar uma segunda laminação a 780°C ou maior após a execução da primeira laminação, com um desbaste cumulativo de 10 a 40% quando a temperatura estiver na faixa de 780 a 830°C; iniciar o resfriamento acelerado a uma taxa de resfriamento de 8 a 80°C/s de 700°C ou maior após a execução da segunda laminação; e parar o resfriamento acelerado a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 350°C. (2) Um método de produção de uma chapa de aço grossa de alta resistência à tração conforme o item (1), no qual a placa de aço ou a placa lingotada também contém um ou ambos entre 0,05% a 0,20 de Cu e 0,05 a 1,00% de Cr em % em massa. (3) O método de produção de uma chapa de aço grossa de alta resistência à tração conforme o item (1), no qual a placa de aço ou a placa lingotada também contém um ou ambos entre 0,0005% a 0,01% de Mg e 0,0005 a 0,01% de Ca em % em massa. (4) O método de produção de uma chapa de aço grossa de alta resistência à tração conforme o item (1), no qual é produzida a chapa de aço grossa tendo uma espessura de 12 a 40 mm.

Efeitos da Invenção De acordo com a presente invenção, uma chapa de aço grossa com alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais e uma espessura de 12 a 40 mm, que seja adequada como membro estrutural para estruturas de soldagens tais como máquinas de construção, máquinas industriais, pontes, edifícios, navios e similares que requeiram fortemente alta resistência e que tenham excelente capacidade de soldagem com isenção de preaquecimento, podem ser produzidas com alta produtividade e baixo custo sem o uso de Ni, que é caro, e sem necessitar um tratamento térmico de revenido por reaquecimento após a laminação. O seu efeito no campo industrial é muito significativo.

Melhor Forma de Execução da Invenção O aço conforme a presente invenção é usado na forma de uma chapa de aço grossa com uma espessura de 12 a 40 mm que é usada como membro estrutural para estruturas de soldagem tais como máquinas de construção, máquinas industriais, pontes, edifícios, navios e similares. Na presente invenção, o termo isenção de preaquecimento indica que, no "teste de fratura na soldagem do tipo-y" de acordo com a JIS Z 3158 usando-se soldagem com eletrodo metálico com arco coberto, a soldagem TIG ou a soldagem MIG com 2,0 kJ/mm ou menos da quantidade de entrada de calor à temperatura ambiente, a temperatura de preaquecimento necessária para evitar a fratura na soldagem é 25°C ou menos, ou o preaquecimento não é necessário.

Doravante, será dada uma descrição das razões para a limitação dos componentes e de um método de produção na presente invenção. C é um elemento importante na presente invenção. Para satisfazer todos os requisitos de resistência e tenacidade de um material de base, alta capacidade de soldagem, e tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada, é necessário regular estritamente a quantidade adicional de C para estar dentro da faixa de 0,030 a 0,055%. Quando a quantidade adicional de C for menor que 0,030%, a temperatura de transformação no resfriamento se torna alta no material de base e na zona afetada pelo calor da sol- da e assim é gerada uma estrutura ferrita. Assim, a resistência e a tenacidade do material de base e a tenacidade da junta soldada são reduzidas. Quando a quantidade adicional de C for maior que 0,055%, a temperatura de preaquecimento necessária na soldagem excede 25°C e assim o requisito de isenção de preaquecimento não pode ser satisfeito. Em adição, uma vez que a zona afetada pelo calor da solda é endurecida, o requisito de tenacidade da junta soldada também não pode ser satisfeito.

Mn é um elemento importante na presente invenção. Para a compatibilidade entre resistência e tenacidade do material de base, uma grande quantidade de Mn, por exemplo, uma quantidade de 3,0% ou mais, precisa ser adicionada. Quando o Mn é adicionado em uma quantidade superior a 3,5%, é gerado o MnS bruto que tem um efeito prejudicial à tenacidade na parte de segregação central, e assim a tenacidade do material de base em uma parte central da espessura é reduzida. Consequentemente, o seu limite superior é ajustado para 3,5%.

Al é um elemento desoxidante e precisa ser adicionado em uma quantidade de 0,002% ou mais. Quando o Al é adicionado em uma quantidade de mais de 0,10%, inclusões de alumina bruta são geradas e a tenacidade é, assim, reduzida em alguns casos. Consequentemente, o seu limite superior é ajustado para 0,10%. O limite inferior para a quantidade adicional de Al pode ser limitado a 0,020%. O limite superior para a quantidade adicional de Al pode ser limitado a 0,08% ou 0,05%. É preferível que o P não esteja contido porque o P reduz a tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada e de um material de base. A quantidade aceitável de P como elemento impureza que é inevitavelmente incorporado é 0,01% ou menos. Em adição, a quantidade aceitável de P pode ser limitada em 0,009% ou menos. É preferível que S não esteja contido porque na presente invenção que emprega um método de adição de uma grande quantidade de Μη, o S gera MnS bruto para reduzir a tenacidade da junta soldada e do material de base. Uma vez que o Ni, que é eficaz para a compatibilidade entre alta resistência e alta tenacidade mas é, infelizmente, um material caro, não é usado na presente invenção, o efeito prejudicial do MnS bruto é significativo. Portanto, é necessário regular estritamente a quantidade aceitável de S de modo que a quantidade inevitavelmente incorporada de S como elemento impureza se torne 0,0010% ou menos.

Em relação ao N, quando o N é adicionado a uma quantidade de 0,0060% ou mais, a tenacidade de uma junta soldada e do material de base é reduzida, então o seu limite superior é ajustado para 0,0060%. É preferível que os cinco elementos Mo, Si, V, Ti e B não estejam contidos. Entretanto, os limites superiores das quantidades inevitavelmente incorporadas dos cinco elementos como elementos impureza são como segue: 0,03% de Mo, 0,09% de Si, 0,01% de V, 0,003% de Ti, e 0,0003% de B.

Mo, Si, V, Ti e B são elementos particularmente significativos na presente invenção, e apenas no caso em que todas as quantidades desses cinco elementos forem menores que os limites superiores descritos acima, uma boa tenacidade da junta soldada pode ser alcançada a -50°C sem adição de Ni. Quando mesmo que apenas um dos cinco elementos exceder o limite superior, uma estrutura bainita bruta incluindo martensita tipo ilha que é uma estrutura de fragilização, ou TiN como inclusões prejudiciais, é gerado em uma HAZ. É considerado como a razão para alcançar uma boa tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada que nem a estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha nem TiN sejam gerados, apenas no caso em que todas as quantidades dos cinco elementos sejam menores que os limites superiores acima descritos. Uma vez que o Ni, que é eficaz na compatibilidade entre alta resistência e alta tenacidade mas infelizmente é um elemento caro, não é usado na presente invenção, o efeito prejudicial da estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha e TiN é significativo. Portanto, é preferível que os cinco elementos não estejam contidos na presente invenção.

Nb é um elemento importante na presente invenção. Quando Nb é adicionado, a resistência e a tenacidade de um material de base não podem ser obtidas. Em geral, Nb é eficaz para fazer o material de base ter es- trutura fina para obter alta resistência e alta tenacidade. Entretanto, no sistema componente no qual o teor de C é pequeno e Mn é adicionado em uma grande quantidade como na presente invenção, a tensão durante a lamina-ção é excessivamente acumulada devido à adição de Nb, e assim a estrutura ferrita ou uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada localmente durante a laminação e o subsequente resfriamento. Consequentemente, uma alta resistência e uma alta tenacidade do material de base podem ser obtidas. Embora seja preferível que o Nb não esteja contido, mas o limite superior da quantidade inevitavelmente incorporada de Nb como um elemento impureza é 0,003%.

Mo, V, Ti e Nb são elementos caros como o Ni. Consequentemente, a presente invenção no qual boas características são obtidas sem adicionar esses elementos tem um mérito maior em termos da redução do custo da liga que no caso em que simplesmente o Ni não é adicionado. O Cu pode ser adicionado em faixas de regulação de um valor Pcm e de um valor Dl para garantir a resistência do material de base. Para obter esse efeito, é necessário ser adicionado 0,05% de Cu. Entretanto, quando 0,20% ou mais de Cu é adicionado sem a adição de Ni, problemas em relação ao período de tempo da produção, produtividade, e custo de produção devido à geração de fratura de superfície nas chapas de aço e nas placas de aço podem aparecer. Consequentemente, o seu limite superior é ajustado para 0,20%. Especificamente, o teor de Cu que é inevitavelmente incorporado é 0,03% ou menos.

Cr pode ser adicionado dentro das faixas de regulação do valor Pcm e do valor Dl para garantir a resistência do material de base. Para se obter esse efeito, 0,05% ou mais de Cr precisam ser adicionados. Entretanto, quando o Cr é adicionado em uma quantidade de mais de 1,00%, a tenacidade de uma junta soldada e do material de base é reduzida, então o limite superior é ajustado para 1,00%. A quantidade inevitavelmente incorporada de Cr é ajustada para 0,03% ou menos. Por enquanto, o limite superior da quantidade de adição de Cr pode ser limitado a 0,50% ou 0,30%.

Adicionando-se um ou ambos entre Mg e Ca, são formados sul- fetos e óxidos finos, e a tenacidade do material de base e a tenacidade da junta soldada podem, assim, ser aumentadas. Para se obter esse efeito é necessário adicionar Mg ou Ca em uma quantidade de 0,0005% ou mais. Entretanto, quando Mg ou Ca é adicionado em uma quantidade excedendo 0,01%, sulfetos e óxidos brutos são gerados e a tenacidade é, com isso, reduzida. Consequentemente, as quantidades adicionais de Mg e Ca são respectivamente ajustadas para serem 0,0005% ou mais e 0,01% ou menos. O limite superior da quantidade adicional de Ca pode ser limitado a 0,005% ou 0,002%.

Na presente invenção, Ni não é adicionado. Entretanto, o caso em que Ni é inevitavelmente incorporado a partir das sucatas matérias-primas está dentro do escopo da invenção porque ele não é caro mesmo quando o Ni está contido. A quantidade de Ni inevitavelmente incorporada é ajustada para ser 0,03% ou menos.

Quando o valor Pcm, que indica a sensibilidade à fratura de solda, for maior que 0,24%, a característica de isenção de preaquecimento não pode ser derivada na soldagem. Consequentemente, o limite superior do valor Pcm é ajustado para ser 0,24% ou menos. Por enquanto, quando o valor Pcm for menor que 0,20%, é impossível obter um material de base com uma alta resistência e uma alta tenacidade, e assim o seu limite inferior é ajustado para 0,20%.

Aqui, o Pcm é representado por [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cu]/20 + [Ni]/60 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B], em que [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V] e [B] são as quantidades, expressas em % em massa, de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V e B, respectivamente.

Quando o valor Dl, que indica a capacidade de endurecimento, for menor que 1,00%, a capacidade de endurecimento de uma HAZ toma-se insuficiente, e uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha que é uma estrutura de fragilização é, portanto, gerada, e como resultado a tenacidade a baixa temperatura da junta soldada é reduzida. Consequentemente, o seu limite inferior é ajustado para 1,00. Quando o valor Dl é maior que 2,60, a estrutura da HAZ inclui uma grande quantidade de martensita a baixa tenacidade e assim a tenacidade a baixa temperatura da junta soldada é reduzida. Consequentemente, o seu limite superior é ajustado para 2,60. O limite superior do valor Dl pode ser 2,00,1,80 ou 1,60.

Aqui, Dl é representado por 0,367([C]1/2)(1 + 0,7[Si])(1 + 3,33[Mn])(1 + 0,35[Cu]) (1 + 0.36[Ni])(1 + 2,16[Cr])(1 + 3,0[Mo]) (1+1,75[V])(1 + 1,77 [Al]).

Aqui, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V] e [Al] significam as quantidades, expressas em % em massa, de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V e Al, respectivamente. O coeficiente dos elementos no índice de capacidade de endurecimento (valor DI)estão descritos no Nippon Steel Technical Re-port n° 348 (1993), página 11. A seguir, será dada uma descrição do método de produção diferente da composição de componentes. A temperatura de aquecimento para as placas de aço ou placas lingotadas precisa ser 950°C ou mais para laminação. Quando a temperatura de aquecimento for maior que 1100°C, os grãos de austenita se tornam brutos e a tenacidade é, assim, reduzida. Particularmente, uma vez que Ni não é adicionado na presente invenção, uma boa tenacidade do material de base não é obtida quando os grãos da austenita inicial no momento do a-quecimento não são tornados grãos finos. No sistema de componentes conforme a presente invenção no qual a quantidade de C é pequena e Nb não é adicionado, o efeito de supressão do crescimento dos grãos de austenita pela solução sólida C ou NbC é pequeno e os grãos de austenita inicial no momento do aquecimento tornam-se facilmente brutos. Consequentemente, o limite superior da temperatura de aquecimento precisa ser regulado estritamente a1100°C. O desbaste cumulativo quando em uma faixa de temperatura na qual a austenita é recristalizada precisa ser 70% ou mais para obter a alta resistência e a alta tenacidade do material de base através de refino isotró-pico suficiente dos grãos de austenita. A faixa de temperatura suficiente de recristalização da austenita para o aço conforme a presente invenção é 850°C ou mais. Consequentemente, é necessário ajustar o desbaste cumu- lativo quando a temperatura for 850°C ou mais para ser 70% ou mais. Aqui, o desbaste cumulativo é o resultado que é obtido dividindo-se a espessura total reduzida na laminação quando a temperatura for 850°C ou mais pela temperatura de início da laminação, isto é, a espessura da placa de aço ou a espessura da placa lingotada, e é expressa em %. Quando o desbaste cumulativo for maior que 90%,a laminação é executada por um longo período de tempo e assim a produtividade é reduzida. Assim, o seu limite superior é ajustado para 90%.

Um desbaste cumulativo em uma faixa de temperatura na qual a austenita não é recristalizada precisa ser 10% ou mais ara obter um material de base com uma alta resistência e uma alta tenacidade. A faixa de temperatura de não recristalização para o aço conforme a presente invenção está na faixa de 780 a 830°C. Consequentemente, é necessário ajustar o desbaste cumulativo quando a temperatura está dentro da faixa de 780 a 830°C para ser 10% ou mais. Aqui o desbaste cumulativo é o resultado que é obtido dividindo-se a espessura total reduzida na laminação quando a temperatura cair na faixa de 780 a 830°C pela temperatura de início da laminação a uma temperatura na faixa de 780 a 830°C e é expresso em %. Quando o desbaste cumulativo for maior que 40%, uma estrutura ferrita ou uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada localmente devido ao excesso de acumulação de tensão de laminação e assim um matéria base com alta resistência e alta tenacidade não pode ser obtido. Consequentemente, o seu limite superior é ajustado para 40%.

Similarmente, quando a temperatura de laminação é menor que 780°C, uma estrutura ferrita ou uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada localmente devido ao excesso de acumulação de tensão de laminação e assim um material de base com uma alta resistência e alta tenacidade não pode ser obtido. Consequentemente, o limite inferior da temperatura de laminação é regulado para 780°C.

Quando a temperatura de partida do resfriamento acelerado após a laminação for menor que 700°C, uma estrutura ferrita ou uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada localmente e assim um material de base com alta resistência e alta tenacidade não pode ser obtido. Consequentemente, o limite inferior da temperatura é ajustado para 70CTC.

Quando a taxa de resfriamento acelerado for menor que 8°C/s, uma estrutura ferrita ou uma estrutura bainita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada localmente e assim um material de base com alta resistência e alta tenacidade não pode ser obtido. Consequentemente, o seu limite inferior é ajustado para 8°C/s. O limite superior é 80°C/s, que é a taxa de resfriamento que pode ser alcançada estavelmente por esfriamento a água.

Quando a temperatura de interrupção do resfriamento acelerado for maior que 350°C, particularmente, na parte central da espessura do membro grosso tendo uma espessura de 30 mm ou mais, uma estrutura bai-nita bruta incluindo martensita do tipo ilha é gerada devido ao endurecimento insuficiente e assim um material de base com uma alta resistência e uma alta tenacidade não pode ser obtido. Consequentemente, o limite superior da temperatura de interrupção é ajustado para 350°C. Aqui a temperatura de interrupção é a temperatura da superfície de uma chapa de aço quando a temperatura da chapa de aço é restaurada após o resfriamento. O limite inferior da temperatura de interrupção é a temperatura ambiente, mas uma temperatura de interrupção mais preferível é 100°C ou mais do ponto de vista de desidrogenação da chapa de aço.

Exemplos Placas de aço contidas pela produção de aço tendo composições de componentes mostradas nas Tabelas 1 a 3 foram transformadas em chapas de aço tendo espessuras de 12 a 40 mm sob as condições de produção mostradas nas Tabelas 4 a 7. Os números 1 a 21 da Tabela 4 são exemplos conforme a presente invenção e os números 22 a 73 das Tabelas 5 a 7 são exemplos comparativos. Nas tabelas os numerais e símbolos sublinhados indicam que as condições de produção tais como componentes ou condições de laminação estão além das faixas da patente, ou que as características não satisfazem os valores-alvo a seguir. Nas Tabelas 1 a 3, o teor de Ni indica uma quantidade inevitavelmente incorporada como elemento impureza.

Tabela 1 * Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B ** Dl = 0,367(C)1/2(1 + 0,7Si)(1 + 3,33Mn)(1 + 0,35Cu) (1 + 0,36Ni)(1 + 2,16Cr)(1 + 3,0Mo) (1+1,75V)(1 + 1,77 Al).

Tabela 2 * Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B ** Dl = 0,367(C)1/2(1 + 0,7Si)(1 + 3,33Mn)(1 + 0,35Cu) (1 + 0,36Ni)(1 + 2,16Cr)(1 + 3,0Mo) (1+1,75V)(1 + 1,77 Al).

Tabela 3 * Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5B ** Dl = 0,367(C)1/2(1 + 0,7Si)(1 + 3,33Mn)(1 + 0,35Cu) (1 + 0,36Ni)(1 + 2,16Cr)(1 + 3,0Mo) (1+1,75V)(1 + 1,77 Al).

As tabelas 4 a 7 mostram os resultados das avaliações da resistência do material de base (limite de escoamento do material de base, resistência à tração do material de base), a tenacidade do material de base, a capacidade de soldagem (temperatura de preaquecimento necessária) e a tenacidade a baixa temperatura de uma junta soldada (zona afetada pelo calor da solda) das chapas de aço.

Em relação à resistência do material de base, corpos de prova de tração de espessura completa 1A ou 4 corpos de prova de tração em forma de barra redonda especificadas na JIS Z 2201 foram coletadas ara medir a resistência do material de base por um método especificado na JIS Z 2241. No caso de chapas tendo uma espessura de 20 mm ou menos, corpos de prova de teste de tração de espessura completa 1A foram coletados, e no caso de chapas tendo uma espessura de mais de 20 mm, 4 corpos de prova de tração em forma de barra redonda foram coletados da parte a 1/4 da espessura da chapa (parte 1/4t) e uma parte no centro da espessura parte 1/2t).

Em relação à tenacidade do material de base, os corpos de prova de impacto especificados na JIS Z 2202 foram coletados em uma direção perpendicular à parte central da espessura, e a energia absorvida Charpy (vE-80) a -80°C foi obtido por um método especificado na JIS Z 2242 para avaliar a tenacidade do material de base.

Em relação à capacidade de soldagem, soldagem com eletrodo metálico com arco coberto foi executada a 14 a 16°C com uma entrada de calor de 1,7 kJ/mm por um método especificado na JIS Z 3158 e uma temperatura de preaquecimento necessária para evitar fraturas de raiz foi assim obtida para avaliar a capacidade de soldagem.

Em relação à tenacidade da zona afetada pelo calor da solda, uma soldagem SAW (corrente de 500 A, tensão de 30 V, taxa de 30 cm/min) foi executada a uma quantidade de entrada de calor de 3,0 kJ/mm usando-se uma ranhura em forma de V de um ângulo de 20° tendo uma abertura de raiz e peças de teste de impacto especificados na JIS Z 2202 foram coletadas de uma parte central da espessura (parte a 1/2t) de forma que o fundo da fenda inclua uma linha de fusão tão grande quanto possível, e então a tenacidade da zona afetada pelo calor da solda foi avaliada com a energia absorvida (vE-50) a -50°C.

Quanto aos valores-alvo das características, o limite de escoamento do material de base foi 685 MPa ou mais, a resistência à tração do material de base foi c780MPa ou mais, a tenacidade do material de base (vE-80) foi 100 J ou mais, a temperatura de preaquecimento necessária foi 25°C ou menos, e a tenacidade da zona afetada pelo calor da solda foi 60 J ou mais com vE-50.

Todos os exemplos 1 a 21 conforme a presente invenção têm um limite de escoamento do material de base de 685 MPa ou mais, a tenacidade do material de base (vE-80) de 100 J ou mais, a temperatura necessária de preaquecimento de 25°C ou mais, e a tenacidade da zona d]afetada pelo calor da soldagem de 60 J ou mais com vE-50.

Por outro lado, os exemplos comparativos a seguir têm limite de escoamento e resistência à tração do material de base insuficientes. Isto é, o limite de escoamento e a resistência à tração do material de base são insuficientes devido à pequena quantidade adicional de C no caso do exemplo comparativo 22, à pequena quantidade adicional de Mn no caso do exemplo comparativo 25, à adição de Nb no caso dos exemplos comparativos 32 e 33, a um baixo valor Pcm no caso dos exemplos comparativos 44 e 45, a um desbaste cumulativo de menos de 70% a 850°C ou maior no caso dos e-xemplos comparativos 55 e 56, a um desbaste cumulativo de menos de 10% a 780 a 830°C no caso dos exemplos comparativos 57 e 58, a um desbaste cumulativo de mais de 40% a 780 a 830°C no caso dos exemplos comparativos 59 e 60, uma temperatura de término da laminação inferior a 780°C no caso dos exemplos comparativos 61, 62 e 69, uma temperatura de início do resfriamento a água menor que 700°C no caso dos exemplos comparativos 63, 64 e 70, a uma taxa de resfriamento menor que 8°C/s no caso dos e-xemplos comparativos 65, 66 e 71, e a uma temperatura de interrupção do resfriamento maior que 350°C no caso dos exemplos comparativos 67, 68, 72 e 73.

Os exemplos comparativos a seguir têm tenacidade do material de base insuficiente. A tenacidade do material de base é insuficiente devido a uma grande quantidade adicional de Mn no caso do exemplo comparativo 26, uma grande quantidade adicional de P no caso do exemplo comparativo 27, uma grande quantidade adicional de S no caso do exemplo comparativo 28, uma grande quantidade adicional de Cr no caso do exemplo comparativo 29, à adição de Nb no caso dos exemplos comparativos 32 e 33, a adição de Ti no caso dos exemplos comparativos 36 e 37, uma grande quantidade adicional de Al no caso do exemplo comparativo 38, grandes quantidades adicionais de Mg, Ca e N no caso dos exemplos comparativos 41, 42 e 43, respectivamente, um baixo valor Pcm no caso dos exemplos comparativos 44 e 45, uma alta temperatura de aquecimento no caso dos exemplos comparativos 53 e 54, um desbaste cumulativo menor que 70% a 850°C ou maior no caso dos exemplos comparativos 55 e 56, um desbaste cumulativo de mais de 40% a 780 a 830°C no caso dos exemplos comparativos 59 e 60, uma temperatura de término da laminação menor que 780°C no caso dos exemplos comparativos 61, 62 e 69, uma temperatura de início do resfriamento a água menor que 70CTC no caso dos exemplos comparativos 63, 64 e 70, uma taxa de resfriamento menor que 8°C/s no caso dos exemplos comparativos 65, 66 e 71, e uma temperatura de interrupção do resfriamento maior que 350°C no caso dos exemplos comparativos 67, 68, 72 e 73.

Devido a uma grande quantidade adicional de C no caso do e-xemplo comparativo 23 e um valor Pcm alto no caso dos exemplos comparativos 46, 47 e 49, a temperatura de preaquecimento necessária é maior que 25°C e assim a necessidade de isenção de preaquecimento não é satisfeita.

Em adição, os exemplos comparativos a seguir não satisfazem o requisito de tenacidade à baixa temperatura de uma junta soldada (tenacidade da zona afetada pelo calor da soldagem). Isto é, nenhum dos exemplos comparativos a seguir satisfaz o requisito de tenacidade à baixa temperatura da junta soldada devido à pequena quantidade adicional de C no caso do exemplo comparativo 22, a uma grande quantidade adicional de C no caso do exemplo comparativo 23, à adição de Si no caso do exemplo comparativo 24, às grandes quantidades adicionais de P e S no caso dos exemplos comparativos 27 e 28, respectivamente, à adição de Mo no caso dos exemplos comparativos 30 e 31, à adição de V no caso dos exemplos comparativos 34 e 35, à adição de Ti no caso dos exemplos comparativos 36 e 37, à grande quantidade adicional de Al no caso do exemplo comparativo 38, à adição de B no caso dos exemplos comparativos 39 e 40, às grandes quantidades adicionais de Mg, Ca e N no caso dos exemplos comparativos 41, 42 e 43, respectivamente, a um baixo valor Dl no caso dos exemplos comparativos 44 e 45, a um alto valor de Dl no caso dos exemplos comparativos 48 e 49, à adição de três ou quatro elementos entre Mo, V, Si, Ti e B no caso dos exemplos comparativos 50, 51 e 52. No caso do exemplo comparativo 49, uma vez que mais de 0,20% de Cu foram adicionados à chapa de aço na qual o Ni não foi adicionado, as fraturas finas foram geradas na superfície da placa de aço. Consequentemente, foi necessário moer parcialmente a superfície por vários milímetros antes da laminação a quente e a produtividade foi, portanto, reduzida.

Aplicabilidade Industrial De acordo com a invenção, uma chapa de aço grossa com alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais e uma espessura de 12 a 40 mm, que é adequada para um membro estrutural para soldagem de estruturas tais como máquinas de construção, máquinas industriais, pontes, edifícios, navios e similares que requeiram fortemente alta resistência, e que tenha excelente capacidade de soldagem com isenção de preaquecimento, pode ser produzida com alta produtividade e a um baixo custo sem o uso de Ni, que é caro, e sem necessitar o tratamento térmico de revenido por reaquecimento após a laminação. O seu efeito no campo industrial é muito significativo.

REIVINDICAÇÕES

Claims (2)

1. Método de produção de uma chapa de aço grossa de alta resistência à tração com uma resistência à tração de 780 MPa ou mais e tendo uma espessura de 12 a 40 mm, o método sendo caracterizado por: aquecer até 950 a 1100Ό uma placa de aço ou uma placa lingotada tendo uma composição de componentes que inclui, em % em massa, 0,030 a 0,055% de C, 3,0 a 3,5% de Mn, 0,002 a 0,10% de Al, 0,01% ou menos de P, 0,0010% ou menos de S, 0,0060% ou menos de N, 0,03% ou menos de Mo, 0,09% ou menos de Si, 0,01% ou menos de V, 0,003% ou menos de Ti, 0,0003% ou menos de B, 0,003% ou menos de Nb, opcionalmente um ou ambos de 0,05 a 0,20% de Cu e 0,05 a 1,00% de Cr em % em massa, e o saldo sendo Fe com as inevitáveis impurezas, e cujo valor Pcm representando o parâmetro de fratura na soldagem estando dentro da faixa de 0,20 a 0,24% e o valor Dl representando o índice da capacidade de endurecimento estando dentro da faixa de 1,00 a 2,60, em que quando [C], [Si], [Mn]. [Cu], [Ni], [Cr], [Mo], [V], [Al] e [B] são as quantidades, expressas em % em massa, de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Al e B respectivamente, o valor Pcm e o valor Dl sendo dados como segue: Pcm = [C] + [Si]/30 + [Mn]/20 + [Cu]/20 + [Ni]/60 + [Cr]/20 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B], Dl = 0,367([C]1/2)(1 + 0,7[Si])(1 + 3,33[Mn])(1 + 0,35[Cu]) (1 + 0,36[Ni])(1 + 2,16[Cr])(1 + 3,0[Mo]) (1+1,75[V])(1 + 1,77 [Al]); executar uma primeira laminação com um desbaste cumulativo de 70 a 90% quando a temperatura estiver em uma faixa de 85013 ou mais; executar uma segunda laminação a 78013 ou maior após a execução da primeira laminação, com um desbaste cumulativo de 10 a 40% quando a temperatura estiver em uma faixa de 780 a 830Ό; iniciar o resfriamento acelerado a uma taxa de resfriamento de 8 a 80iC/s a partir de 70013 ou mais após a execução da segunda laminação; e interromper o resfriamento acelerado a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 350*C.

2. Método de produção de uma chapa de aço grossa com alta resistência à tração de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a placa de aço ou a placa lingotada também contém, em % em massa, um ou ambos entre 0,0005 a 0,01% de Mg e 0,0005 a 0,01% de Ca em % em massa.