ES2316950T3 - Chapa de acero de fase laminada en caliente provista de la caracteristicas de una chapa laminada en frio. - Google Patents
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Abstract
Una chapa de acero de fase dual de bajo contenido en carbono laminada en caliente con una estructura compuesta de ferrita y martensita, provista de un grosor de 1 hasta 8 mm, particularmente adecuada para fabricar piezas prensadas en frío y cortadas que requieren características mecánicas de la capacidad de conformación y una recuperación elástica muy pequeña, que consiste en acero peritéctico con análisis químico, caracterizada porque tiene la siguiente composición: C 0,06 - 0,15%, Mn 1,0 - 2,0%, S<= 0,80%, P <= 0,010%, S <= 0,005%, Cr < 0,30%, Ni <= 0,30%, Mo <= 0,03%, Al 0,030 ÷ 0,050%, con el resto siendo Fe y las inevitables impurezas y provista de un perfil geométrico constante en la longitud completa y tolerancias en el grosor entre ñ 0,06 mm y ñ 0,15 mm para valores del grueso de hasta 8,00 mm, con una corona entre el centro de la chapa y el borde lateral inferior a 0,07 mm, estando provista de una estructura microcristalina con una finura de grano mejor que el grado 10 de la norma ASTM E 112 en un porcentaje superior al 80% de la estructura completa.
Description
Chapa de acero de fase dual laminada en caliente
provista de las características de una chapa laminada en frío.
La presente invención se dirige a una chapa de
acero de fase dual laminada en caliente provista de características
similares a aquellas de la correspondiente chapa de acero de fase
dual laminada en frío.
Son conocidas las chapas de acero de bajo
contenido en carbono del tipo de fase dual
(ferrítica-martensítica), que son laminadas en
frío, las cuales tienen características geométricas y metalúrgicas
especiales, así como las relativas a la planitud y a la
deformabilidad, de modo que las hacen particularmente adaptadas a la
fabricación de piezas prensadas o cortadas que requieren
tolerancias muy estrictas, particularmente cuando se diseñan para la
industria de la fabricación de automóviles con un grosor de más de
1,0 mm.
También es conocido que la chapa de acero de
fase dual obtenida mediante laminación en caliente, de acuerdo con
el procedimiento expuesto en las patentes EP 0019193, EP 0072867, US
4790889 y US 4561910, no presenta características de calidad,
particularmente con relación a su capacidad de ser trabajada en
frío, que puedan ser consideradas comparables con aquellas de las
chapas de acero de fase dual obtenidas mediante laminado en
frío.
Una característica básica de este producto,
especialmente cuando está pensado para formar partes estructurales
en el campo de la industria del automóvil, es de hecho la tendencia
a ser conformada en frío, así como una buena resistencia mecánica
que es adecuada para absorber impactos como consecuencia de las
pruebas de choque recientemente desarrolladas en el sector del
automóvil. Se ha encontrado que estos aceros deben mostrar una
microestructura principalmente formada de ferrita y, como una parte
más ligera, de martensita o bainita, es decir una estructura de
alta dureza que se puede obtener enfriando repentinamente el acero
desde una temperatura intercrítica comprendida entre 700 y 800ºC.
De este modo la austenita residual enriquecida con carbono se
convierte en martensita, dando lugar a granos formados de
estructuras en forma de aguja muy duras y frágiles las cuales,
cuando se insertan en una matriz ferrítica mucho más blanda,
permiten el conformado en frío de piezas, incluso de forma
compleja, que está presente en un porcentaje muy bajo, nunca
superior al 20% (martensita).
También es conocido que este tipo de acero
requiere adiciones significantes de cromo y fósforo, especialmente
el primer elemento mencionado, a fin de incrementar la capacidad del
acero para ser endurecido y mejorar la producción de carburos,
mientras el segundo elemento mencionado se añade para hacer la
ferrita más dura y causar que el límite de fluencia se eleve. Ambos
elementos tienen también el efecto de incrementar la resistencia a
la atracción.
Como ya se ha indicado antes en este documento,
estos productos generalmente derivan de chapas laminadas en frío y
recocidas continuamente, mientras sólo durante la etapa de
enfriamiento después del recocido se obtiene la estructura de fase
dual deseada para conseguir las características anteriormente
mencionadas. Por otra parte este tipo de proceso, con el laminado
en frío y el recocido subsiguiente, implica cargas bastante
importantes en tanto en cuanto se refiere a los costes y al tiempo
requeridos, por lo que se siente de forma más y más continuada la
necesidad en este campo de la obtención de una chapa de acero
laminada en caliente de fase dual que esté provista de las mismas
características mecánicas del acero laminado en frío
tradicional.
Un objeto de la presente invención es por lo
tanto proporcionar una chapa de acero del tipo anteriormente
mencionado que tenga, a diferencia de otros aceros de fase dual
laminados en frío que ya son conocidos, las mismas características
y puede reemplazar sin problemas una chapa de acero de fase dual
laminada en frío, en particular para piezas prensadas en frío o
cortadas.
Otro objeto de la presente invención es el de
proporcionar una chapa de acero que, incluso sin adiciones
importantes de cromo ni fósforo, esté provista de las mismas
calidades como se ha mencionado, las cuales son peculiares de los
aceros en los que están presentes cantidades considerables de estos
dos elementos.
La chapa según la presente invención
preferiblemente, aunque no exclusivamente, se fabrica por medio de
plantas en línea del tipo delgado y plano, como se describe en el
documento EP 0415987 a nombre del presente solicitante y se ilustra
esquemáticamente en la figura 1 y está caracterizada, como se
establece en la reivindicación 1, por un contenido en carbono
comprendido entre 0,06 y 0,15%, manganeso entre 1,0 y 2,0% y otros
elementos, dentro de las gamas en% como sigue: C 0,06 - 0,15%, Mn
1,0 - 2,0%, Si \leq 0,80%, P \leq 0,010%, S \leq 0,005%, Cr
< 0,30%, Ni \leq 0,30%, Mo \leq 0,03%, Al 0,030 \div
0,050%, con el resto siendo Fe y las inevitables impurezas. Esta
chapa tiene una composición química más pobre que aquella de la
chapa de este tipo según la técnica anterior y muestra un perfil
geométrico constante a lo largo de la longitud completa, con
tolerancias bajas con relación al grosor, comparables con aquellas
típicas de una chapa laminada en frío.
Objetos, ventajas y características adicionales
de la chapa de acero de fase dual según la presente invención se
pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente
descripción con referencia a los dibujos adjuntos en los
cuales:
la figura 1, muestra esquemáticamente una planta
de fundición y laminado en línea del tipo delgado y plano,
particularmente adecuada para la fabricación de chapas de acero
según la invención;
la figura 2 muestra un gráfico que representa
las características mecánicas, particularmente con relación al
prensado en frío, de una chapa de acero de fase dual según la
invención cuando se compara con una chapa laminada en frío del
mismo grosor; y
la figura 3 muestra un diagrama de las
variaciones, obtenidas gráficamente por puntos, de la frecuencia con
la cual se detecta estadísticamente la presencia de ciertas
dimensiones del grano ferrítico en un número de rollos.
Como ya se ha indicado antes en este documento,
la chapa de acero de fase dual según la presente invención
preferiblemente, aunque no exclusivamente, está fabricada en plantas
de tipo delgado y plano como se representa esquemáticamente en la
figura 1, en donde se hace referencia particular a la planta que es
el objeto de la patente EP 0415987. En ella se pueden distinguir
las siguientes etapas del proceso, aguas abajo de la etapa de
fundición continua: a) reducción del núcleo líquido; b) etapa del
desbastado directamente adjunta a la fundición continua; c)
calentamiento en un horno de inducción; d) mantenimiento de la
temperatura en un horno provisto de un mandril interior; e)
laminación de acabado; f) enfriamiento controlado compacto; y g)
enrollado en una bobina. Se ha encontrado de hecho que las
condiciones particulares de trabajo típicas de esta planta,
proporcionan al producto final una estructura particularmente
delgada y homogénea con las consecuencias positivas sobre las
características físico-químicas del propio producto
final.
Las características que presenta el producto,
como se establece en la reivindicación 1, es decir, la chapa de
acero de bajo contenido en carbono laminada en caliente con una
estructura de fase dual (formada de ferrita y martensita), son
básicamente: un grosor de 1 hasta 8 mm con tolerancias comprendidas
entre \pm 0,06 mm y \pm 0,15 mm, un paralelismo < 0,05 mm y
una estructura con una finura de grano mejor que el grado 10 de la
norma ASTM E 112.
En la siguiente tabla se indican, para diversos
grosores desde 1,5 hasta 8 mm, las correspondiente tolerancias
normales, respectivamente para los rollos en caliente normales, las
chapas laminadas en frío (que se distinguen entre tolerancias
normales y escritas) y las tolerancias que pertenecen a una chapa de
fase dual según la invención. En la última columna, también se
indican los valores de la corona o convexidad, es decir que
corresponde a las diferencias entre los valores del grosor medido
centralmente y en los bordes laterales de la chapa.
Es fácil de ver que las tolerancias, como se
detecta para la chapa de acero laminada en caliente según la
presente invención no sólo corresponden en promedio a menos de la
mitad de las tolerancias con relación a las chapas laminadas en
caliente tradicionales, sino que incluso son inferiores que las
tolerancias estrictas de las chapas en frío provistas del mismo
grosor.
Además, con referencia a la figura 3 se puede
observar a partir de un análisis microcristalino de la estructura
de una chapa de acero según la invención que más del 80% de los
granos, detectados en promedio en diversas posiciones en la chapa y
estadísticamente para un número de chapas, tiene dimensiones
inferiores que aquellas que corresponden al grado 10 de la norma
ASTM E 112 y por consiguiente una finura mejor que ese grado.
Estas características, junto con una tensión de
rotura > 20%, hacen este tipo de chapa laminada en caliente
particularmente adecuada para una cizalladura fina y una formación
de taladros por punzonado, así como para el estampado en frío de
formas complejas. En particular se ha probado de forma práctica que
con chapas según la invención ha sido posible formar curvas a
ángulos rectos y de 180º con un radio \leq 3 veces el grosor de
la chapa para grosores
\leq 3,0 mm y \leq 5 veces el grosor para chapas provistas de grosores \geq 3,1 mm sin que dé lugar a defectos en la zona de la tensión máxima, confirmando esto la buena plasticidad del material. Está claro que estos resultados se han hecho posibles gracias a la microestructura de grano fino con desarrollo homogéneo del grano en cada dirección, o del tipo poligonal, con una separación completa de los carburos de hierro de los granos ferríticos. Una estructura de este tipo elimina cualquier recuperación elástica del material en el conformado, permitiendo por lo tanto cumplir de ese modo tolerancias muy estrictas.
\leq 3,0 mm y \leq 5 veces el grosor para chapas provistas de grosores \geq 3,1 mm sin que dé lugar a defectos en la zona de la tensión máxima, confirmando esto la buena plasticidad del material. Está claro que estos resultados se han hecho posibles gracias a la microestructura de grano fino con desarrollo homogéneo del grano en cada dirección, o del tipo poligonal, con una separación completa de los carburos de hierro de los granos ferríticos. Una estructura de este tipo elimina cualquier recuperación elástica del material en el conformado, permitiendo por lo tanto cumplir de ese modo tolerancias muy estrictas.
Han sido llevadas a cabo pruebas experimentales
de la capacidad de conformación mediante la comparación con chapas
laminadas en frío del mismo grueso. A partir de estas pruebas parece
que, como resulta a partir de la figura 2, las líneas del diagrama
del límite de conformación relativas a dos chapas de acero
diferentes se pueden superponer, confirmando esto que la chapa
según la invención puede reemplazar adecuadamente una laminada en
frío. Las pruebas de la capacidad de conformación que han sido
llevadas a los gráficos en la figura 2 han sido llevadas a cabo en
una chapa provista de un grosor de 1,0 mm a la temperatura ambiente
con un molde provisto de un diámetro de 100 mm y una velocidad de
estampación de 1 mm/s.
La homogeneidad y la finura de la estructura
microcristalina por lo tanto parecen ser las razones de la capacidad
de deformación particular presentada por este tipo de chapa.
Se debe indicar que, en el caso de la presente
invención, el porcentaje en el cual están presentes los elementos
cromo y fósforo puede estar limitado a los valores establecidos, sin
necesidad alguna de que sean añadidas cantidades elevadas de estos
elementos, aunque se mantienen las mismas buenas calidades, gracias
al hecho de que la temperatura del desbaste, la
pre-chapa y la chapa laminada nunca baja por debajo
de los valores críticos más allá de los cuales precipitan los
carburos de cromo y el fósforo se separa de la solución sólida.
Claims (2)
1. Una chapa de acero de fase dual de bajo
contenido en carbono laminada en caliente con una estructura
compuesta de ferrita y martensita, provista de un grosor de 1 hasta
8 mm, particularmente adecuada para fabricar piezas prensadas en
frío y cortadas que requieren características mecánicas de la
capacidad de conformación y una recuperación elástica muy pequeña,
que consiste en acero peritéctico con análisis químico,
caracterizada porque tiene la siguiente composición: C 0,06
- 0,15%, Mn 1,0 - 2,0%, Si \leq 0,80%, P \leq 0,010%, S \leq
0,005%, Cr < 0,30%, Ni \leq 0,30%, Mo \leq 0,03%, Al 0,030
\div 0,050%, con el resto siendo Fe y las inevitables impurezas y
provista de un perfil geométrico constante en la longitud completa y
tolerancias en el grosor entre \pm 0,06 mm y \pm 0,15 mm para
valores del grueso de hasta 8,00 mm, con una corona entre el centro
de la chapa y el borde lateral inferior a 0,07 mm, estando provista
de una estructura microcristalina con una finura de grano mejor que
el grado 10 de la norma ASTM E 112 en un porcentaje superior al 80%
de la estructura completa.
2. Una chapa de acero de fase dual según la
reivindicación 1 caracterizada porque está provista de un
coeficiente de tensión a la rotura > 20%.
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