ES2585635T3 - Lámina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas criogénicas, y método para fabricar la misma - Google Patents

Lámina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas criogénicas, y método para fabricar la misma Download PDF

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Abstract

Una lámina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0. 1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lámina de acero de alta resistencia satisface la condición de [Mn]+5.4[Si]+26[A1]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb en porcentaje en peso, respectivamente, en donde la microestructura de la lámina de acero consiste, en porcentaje de área, de 99% o más de ferrita acicular y 1% o menos de austenita/martensita (M&A), en donde los granos que tienen una orientación límite de grano no menor de 15 º tienen menos de 70% en porcentaje de área en la microestructura y los granos que tienen un tamaño de no más de 10 μm en los granos no tienen menos de 70% en porcentaje de área.

Description

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DESCRIPCION
Lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas criogenicas, y metodo para fabricar la misma
Campo tecnico
La presente invencion se relaciona con una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas criogenicas, y un metodo para fabricar la misma, y mas particularmente, con una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad de impacto superior incluso cuando se aplica como una lamina estructural para barcos, estructuras marltimas, o similares, o aceros para tanques multipropositos, que se expondran a entornos de temperatura baja extrema, y un metodo para fabricar la misma.
Tecnica antecedente
El entorno de uso de materiales de acero estructurales, tales como barcos, estructuras marltimas, o placas de acero gruesas para tanques de multiples propositos que almacenan varios tipos de gases licuados, tales como dioxido de carbono, amonlaco, GNL, o similares es muy severo. Por lo tanto, es muy importante la resistencia de dichas laminas de acero. Para aumentar la resistencia, se han propuesto tecnicas que pueden mejorar la dureza y resistencia de las laminas de acero al agregar un elemento que mejora el endurecimiento para formar una fase de transformacion de baja temperatura dentro de la lamina de acero durante el enfriamiento de la misma.
Sin embargo, cuando se forma una fase de transformacion a baja temperatura, tal como martensita, se forma en el interior de las laminas de acero, la tenacidad de dichas laminas de acero se puede deteriorar severamente debido a la tension residual contenida en las mismas. Es decir, la resistencia y tenacidad de laminas de acero son dos propiedades flsicas de la compatibilidad de las cuales puede ser diflcil realizar, y por lo general se entiende que cuando aumenta la fuerza de las hojas de acero, disminuye la dureza de las mismas.
El documento EP 2006 407 A1 se relaciona con una placa de acero gruesa de alta resistencia superior en capacidad de detencion de grieta, libre de deterioro de tenacidad Haz y libre de grietas de anisotropla.
En el caso de los materiales de acero para estructuras marltimas o los materiales de acero para tanques, es muy importante la tenacidad de los mismos a temperaturas bajas, as! como la resistencia de los mismos. En primer lugar, los entornos en los que los aceros para formacion de estructuras marltimas han evolucionado gradualmente hacia regiones frlas, como el Artico, que contiene abundantes recursos de petroleo por debajo del fondo marino, debido al agotamiento de los recursos en regiones relativamente calidas. Por lo tanto, es diflcil para las laminas de acero de alta resistencia existentes que tienen una tenacidad superior a bajas temperaturas para soportar un ambiente de baja temperatura extrema que es severo como el anterior.
Mas aun, dado que las laminas de acero gruesas se pueden utilizar para tanques de multiples propositos para almacenar y transportar gases licuados que tienen temperaturas muy bajas en ellos, las laminas de acero gruesas deben tener un grado adecuado de dureza, incluso a una temperatura inferior a la temperatura del gas licuado. Por ejemplo, debido a que las temperaturas licuadas de acetileno y etileno son -82° C y -104°C, respectiv amente, se requiere una lamina de acero de alta resistencia que tenga una tenacidad superior cuando se expone a dicha temperatura.
Para asegurar una tenacidad requerida de laminas de acero utilizadas para tanques, metodos para controlar microestructuras al agregar 6 a 12% en peso de Ni o realizar un tratamiento, tal como se han utilizado temple, revenido, o similares, pero dichos metodos tienen limitaciones, tales como altos costes de fabricacion, y baja productividad.
En terminos de acero de bajo carbono, mientras que las laminas de acero existentes tienen una tenacidad superior a una temperatura baja de alrededor de -60° C, puede ser diflcil para las laminas de acero existentes satisfacer los requisitos de laminas de acero que tienen tenacidad a baja temperatura superior, considerando los entornos de temperaturas bajas extremas que enfrentan los barcos, estructuras marltimas, y similares. Por lo tanto, se puede decir que se requieren fuertemente estudios en laminas de acero de alta resistencia capaces de asegurar una tenacidad superior a temperaturas bajas extremas inferiores a -60° C.
Divulgacion
Problema tecnico
Un aspecto de la presente invencion proporciona una lamina de acero de alta resistencia que tiene una resistencia superior y puede asegurar la resistencia a una temperatura baja extrema inferior a -60° C para permiti r el uso de las mismas a temperatura criogenica, y un metodo para la fabricacion de las mismas.
Solucion tecnica
5 De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0.1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lamina de acero de alta resistencia satisface la condition de
10 [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb en porcentaje
en peso, respectivamente, en donde la microestructura de la lamina de acero consiste, en porcentaje de area, de 99% o mas de ferrita acicular, y 1% o menos de austenita/martensita (M&A), en donde los granos que tienen una orientation llmite de grano no menor de 15 ° tienen menos de 70% en porcentaje de area en la microestructura y los granos que tienen un tamano de no mas de 10 pm en los granos no tienen menos de 70% en porcentaje de area.
15 Los granos pueden tener un tamano promedio en un rango de 3-7 pm.
Tambien, la placa de acero puede tener una resistencia a la traction no menor de 490 Mpa, una energla de absorcion de impacto Charpy no menor de 300 J a -140° C, y una temperatura de transition ductil-fragil de no mas de -140° C.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo para fabricar una lamina de acero 20 de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, el metodo comprende: una etapa de calentamiento para calentar, en un rango de temperatura de 1050-1180° C, una plancha de acero que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0.1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la plancha de acero satisface la condicion de 25 [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y
Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb en porcentaje en peso; una primera etapa de laminado para laminar la plancha caliente a una temperatura no menor que una temperatura de recristalizacion de austenita (Tnr) con un numero de pasos no menor de cuatro; una segunda etapa de laminado para realizar lamination final en un rango de temperatura de Ar3-Tnr; y realizar un enfriamiento, en donde se realizan los ultimos dos pasos de la primera etapa 30 de laminado en una relation de reduction de 15-25% por paso, en donde una relation de reduction acumulada en la segunda etapa de laminado tiene un total de 50-60%, y en donde el enfriamiento en la etapa de enfriamiento se realiza a 320-380° C a una tasa de enfriamiento de 8-15° C/s desde un punto t/4 donde t es el espesor de la lamina de acero.
Efectos ventajosos
35 De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, una lamina de acero de la presente invencion puede asegurar tenacidad superior y alta resistencia no menor de 490 Mpa para uso como un acero estructural para barcos, estructuras marltimas, o similares, o aceros para tanques de almacenamiento y llevar gases licuados incluso en el entorno criogenico.
Breve description de los dibujos
40 La Figura 1 es una grafica que muestra variaciones de energla de absorcion de impacto Charpy con respecto a temperaturas de laminas de acero de acuerdo con un ejemplo de la invencion.
La Figura 2 es una fotografla de una microestructura de lamina de acero de acuerdo con un ejemplo de la invencion. Mejor modo
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona una lamina de acero de alta resistencia que 45 tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0.1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lamina de acero de alta resistencia satisface la condicion de [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb en porcentaje 50 en peso, respectivamente.
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En primer lugar, se explicaran el sistema de componentes y rango de composicion (porcentaje en peso).
Carbono (C): 0.02-0.06%
C es el elemento mas importante en la resistencia y en la formacion de una microestructura, y se debe agregar en una cantidad no menor de 0.02%. Sin embargo, si la cantidad de carbono es excesiva, se reduce la tenacidad a baja temperatura, y se forma una estructura de MA para provocar que se reduzca la tenacidad de una zona afectada por el calor de la soldadura. Por lo tanto, se fija el llmite superior de carbono preferiblemente a 0.06%.
Silicio (Si): 0.1-0.35%
El Si es un elemento agregado como un desoxidante y preferiblemente se agrega en una cantidad no menor de 0.1%. Sin embargo, si la cantidad de Si excede 0.35%, se reducen la tenacidad y capacidad de soldadura. Por lo tanto, la cantidad de Si se controla preferiblemente para que este dentro de un rango de 0.1-0.35%.
Manganeso (Mn): 1.0-1.6%
Mn es un elemento agregado con el fin de mejorar la resistencia mediante fortalecimiento de la solucion solida y mejora la finura de los granos y la tenacidad de un material de matriz, y preferiblemente se agrega en una cantidad no menor de 1.0% con el fin de obtener de forma suficiente dichos efectos. Sin embargo, cuando la cantidad agregada excede 1.6%, puede aumentar la templabilidad, para reducir la tenacidad de una zona soldada. Por lo tanto, la cantidad agregada de Mn se controla preferiblemente a 1.0-1.6%.
Aluminio (Al): 0.02% o menos (pero no 0%)
Al es un elemento para desoxidacion efectiva. Sin embargo, debido a que el Al solo puede promover la formacion de MA en una pequena cantidad, el llmite superior de Al se fija en 0.02%.
Nlquel (Ni): 0.7-2.0%
El Ni es un elemento que puede mejorar la resistencia y tenacidad de un material de matriz en el mismo momento, y preferiblemente se agrega en una cantidad no menor de 0.7% con el fin de obtener de forma suficiente dichos efectos. Sin embargo, el Ni es un elemento relativamente costoso y una adicion excesiva de Ni puede deteriorar la capacidad de soldadura. Por lo tanto, el llmite superior de Ni preferiblemente se fija en 2.0%.
Cobre (Cu): 0.4-0.9%
El Cu es un elemento que puede aumentar la resistencia de un material de matriz al minimizar una reduccion en la tenacidad del mismo mediante fortalecimiento de la solucion solida y fortalecimiento de precipitacion, y preferiblemente se agrega en una cantidad de alrededor de 0.4% con el fin de alcanzar una mejora suficiente de resistencia. Sin embargo, debido a que una adicion excesiva de Cu puede provocar una falla de superficie, el llmite superior de Cu preferiblemente se fija en 0.9%.
Titanio (Ti): 0.003-0.015%
El Ti tiene el efecto de formar un nitruro con nitrogeno (N) para hacer granos finos de HAZ, mejorando de esta manera la tenacidad HAZ. Para obtener de forma suficiente el efecto de mejora, el Ti preferiblemente se agrega en una cantidad no menor de 0.003%. Sin embargo, debido a una adicion excesiva de Ti puede provocar en engrosamiento del nitruro para deteriorar de esta manera la tenacidad de baja temperatura, la cantidad de Ti se controla a 0.015% o menos. Por lo tanto, la cantidad agregada de Ti se controla preferiblemente para que este dentro de un rango de 0.003-0.015%.
Niobio (Nb): 0.003-0.02%
El Nb se precipita en la forma de NbC o NbCN para mejorar grandemente la resistencia de un material de matriz y suprimir la transformacion de ferrita y bainita, elaborando de esta manera granos finos. Para obtener de forma suficiente el efecto de adicion de Nb, Nb se debe agregar en una cantidad no menor de 0.003%. Sin embargo, debido a que una adicion excesiva de Nb puede provocar una reduccion en tenacidad de HAZ, el llmite superior de Nb preferiblemente se fija en 0.02%.
Fosforo (P): 0.01% o menos (pero no 0%)
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El Fosforo es un elemento que es ventajoso para mejora de fuerza y resistencia a la corrosion. Sin embargo, debido a que el fosforo reduce grandemente la tenacidad de impacto, es ventajoso limitar el contenido de fosforo lo maximo posible. Por lo tanto, el llmite superior de fosforo preferiblemente se fija en 0.01%.
Azufre (S): 0.005% o menos
Debido a que el azufre forma MnS o similares para reducir grandemente la tenacidad de impacto, es deseable limitar el contenido de azufre lo maximo posible de tal manera que el contenido de azufre no excede por lo menos el 0.005%.
Tambien, el sistema de componente adicionalmente tiene que satisfacer la condicion de [Mn]+5.4[Si] +26[Al]+32.8 [Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb, en porcentaje en peso, respectivamente. Mn, Si, Al, y Nb son componentes que tienen influencias sobre la formation de islas de austenita/martensita (M&A). Si el valor de [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb] no es menor de 4.3, los componentes promueven la formacion de una microestructura M&A para de esta manera reducir la tenacidad a temperaturas bajas extremas. Por lo tanto, es necesario asegurar tenacidad a temperaturas bajas extremas, para satisfacer las condiciones anteriores.
A este respecto, la microestructura de la lamina de acero puede incluir 99% o mas por area de ferrita acicular y 1% o menos por area de austenita/martensita (M&A). En primer lugar, la microestructura de la lamina de acero proporcionada en la presente invention tiene ferrita acicular como una estructura principal, e islas de austenita/martensita (M&A) como una estructura de fase secundaria. Debido a que la ferrita acicular mejora la resistencia, mientras que las islas de austenita/martensita (M&A) reducen la tenacidad, es mas deseable restringir la estructura de fase secundaria a 1% o menos.
Tambien, es deseable que los granos efectivos que tienen una orientation llmite de grano no menor de 15 ° tienen menos de 70% por area en la microestructura y los granos que tienen un tamano de no mas de 10 pm en los granos efectivos no tienen menos de 70% por area. Primero, debido a que los granos efectivos tienen una orientacion llmite de grano no menor de 15° son un factor decisivo que tiene una influencia sobre las propiedades flsicas del acero, es deseable que los granos efectivos se incluyan en una cantidad no menor de 70% por area en la microestructura.
Tambien, los granos que tienen un tamano de no mas de 10 pm en los granos efectivos que tienen una influencia importante sobre las propiedades flsicas del acero se incluyen preferiblemente en una cantidad no menor de 70% por area en la microestructura. Esto es porque el tamano de grano de la ferrita acicular tiene una relation cercana con la tenacidad de impacto de la misma, y cuando se reduce el tamano de grano de la ferrita acicular, aumenta la tenacidad de impacto. Por lo tanto, cuando los granos que tienen un tamano de no mas de 10 pm en los granos efectivos se incluyen de manera suficiente en una cantidad no menor de 70% por area, los granos pueden ser muy ventajosos en asegurar la tenacidad del acero.
En particular, la microestructura de una lamina de acero de acuerdo con la presente invencion puede tener los granos efectivos que tienen un tamano de grano promedio en un rango de 3-7 pm. Si el tamano de los granos efectivos se controla finamente como se menciono anteriormente, la resistencia y tenacidad del acero a una baja temperatura llega a ser ventajosa y por lo tanto la lamina de acero se puede utilizar de forma adecuada para estructuras marltimas, y similares expuestos a un entorno de temperatura baja extrema.
La lamina de acero de acuerdo con la presente invencion puede tener una resistencia a la traction no menor de 490 MPa, una energla de absorcion de impacto Charpy no menor de 300 J a -140° C, y una temperatura de transition ductil-fragil (DBTT) no mayor de -140° C. En primer lugar, la resistencia de la lamina de acero no es menor de 490 MPa y es alta para dicho grado que se puede utilizar en el ambiente al cual se aplica la lamina de acero de la presente invencion, y la energla de absorcion de impacto Charpy no es menor de 300 J a una temperatura baja extrema de -140° C de tal manera que la lamina de a cero puede tener tenacidad criogenica superior.
Tambien, la temperatura de transicion ductil-fragil (DBTT) no es mayor de -140° C y debido a que no ocu rre fragilidad a -140° C, que se puede medir al utilizar refrigerante actual, se espera que ocurrira fragilidad a una temperatura mucho mas baja de -140° C. Por lo tanto, se puede obtener una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad criogenica superior.
Mientras tanto, de acuerdo con otro aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo para fabricar una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, el metodo comprende: una etapa de calentamiento para calentar, en un rango de temperatura de 1050-1180° C, una plancha de acero que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0.1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lamina de acero de alta resistencia satisface la condicion de [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican
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contenidos de Mn, Si, Al, y Nb, en porcentaje en peso, respectivamente; una primera etapa de laminado para laminar la plancha caliente a una temperatura no menor que una temperatura de recristalizacion de austenita (Tnr) con un numero de paso no menor de cuatro veces; una segunda etapa de laminado para realizar una laminacion final en un rango de temperatura de Ar3-Tnr; y una etapa de enfriamiento para realizar un enfriamiento.
En el metodo, primero se realiza la etapa de calentamiento para calentar la plancha de acero que tiene la composicion mencionada anteriormente en un rango de temperatura de 1050-1180° C. Debido a que la etapa de calentamiento de la plancha de acero es una etapa de calentamiento de acero para realizar suavemente las etapas de laminados posteriores y obtener de forma suficiente propiedades flsicas dirigidas a la lamina de acero, se debe realizar en un rango de temperatura adecuado para el proposito.
La etapa de calentamiento es importante porque la plancha de acero se debe calentar uniformemente de tal manera que los elementos de tipo precipitacion en la lamina de acero pueden ser lo suficientemente disueltos, y excesivo engrosamiento de los granos debido a la temperatura de calentamiento debe impedirse suficientemente. Si la temperatura de calentamiento de la plancha de acero es menor de 1050° C, Nb, Ti, y similares no se vuelven a disolver en el acero, por lo que es diflcil obtener una lamina de acero de alta resistencia, y ocurre recristalizacion parcial para provocar que se formen granos de austenita no uniformes, por lo que es diflcil obtener una lamina de acero de alta tenacidad. Mientras tanto, si la temperatura de calentamiento es superior a 1180° C, los granos de austenita se engruesan excesivamente de modo que aumenta el tamano de grano de la lamina de acero y se deteriora severamente la tenacidad de la lamina de acero. Por lo tanto, la temperatura de calor de la plancha de acero se controla preferiblemente al rango de 1050-1180° C.
Luego, despues del calentamiento de la plancha, se realiza la etapa de laminado de las planchas. Para permitir que la lamina de acero tenga tenacidad extrema a baja temperatura, deben existir granos de austenita en un tamano fino, se hace posible al controlar la temperatura de laminado y la relacion de reduccion. La etapa de laminado de la presente invention se caracteriza por que se realiza en dos rangos de temperatura. Tambien, ya que los comportamientos de recristalizacion en los dos rangos de temperatura son diferentes unos de otros, las etapas de laminado se establecen para tener diferentes condiciones.
La etapa de calentamiento es importante porque la plancha de acero se debe calentar uniformemente de tal manera que los elementos de tipo precipitacion en la lamina de acero se puedan disolver suficientemente, y se debe impedir el excesivo engrosamiento de los granos debido a la temperatura de calentamiento. Si la temperatura de calentamiento de la plancha de acero es menor que 1050° C, el Nb, Ti, y similares no se vuelven a disolver en el acero, por lo que es diflcil obtener una lamina de acero de alta resistencia, y ocurre recristalizacion parcial que provoca que se formen granos de austenita, por lo que es diflcil obtener una lamina de acero de alta tenacidad. Mientras tanto, si la temperatura de calentamiento es superior a 1180° C, los granos de austenita se engruesan excesivamente de tal manera que se aumenta el tamano de grano de la lamina de acero y se deteriora severamente la tenacidad de la lamina de acero. Por lo tanto, la temperatura de calor de la plancha de acero se controla preferiblemente al rango de 1050-1180° C.
Luego, despues de calentamiento de la plancha, se realiza la etapa de laminado en la plancha. Permitir que la lamina de acero tenga tenacidad extrema a baja temperatura, deben existir granos de austenita en un tamano fino, hecho posible al controlar la temperatura de laminado y la relacion de reduccion. La etapa de laminado de la presente invencion se caracteriza porque se realiza en dos rangos de temperatura. Tambien, ya que los comportamientos de recristalizacion en los dos rangos de temperatura son diferentes unos de otros, las etapas de laminado se fijan para tener diferentes condiciones.
Primero, se realiza una primera etapa de laminado para laminar la plancha a una temperatura no menor que la temperatura de recristalizacion de austenita (Tnr) con un numero de paso no menor de cuatro veces. El laminado en la zona de recristalizacion de austerita crea un efecto para hacer granos finos a traves de recristalizacion de, y la finura de los granos tiene una importante influencia sobre la mejora en la resistencia y tenacidad.
Particularmente, se realiza la primera etapa de laminado a una temperatura no menor que la temperatura de recristalizacion de austenita (Tnr) mediante de un laminado de multiples pasos no menor de cuatro veces, en el que los ultimos dos pasos se realizan preferiblemente a una relacion de reduccion de 15-25% por paso. Es decir, los presentes inventores reconocen que los ultimos dos pasos en el laminado de multiples pasos del primer laminado tienen una influencia excesiva sobre el tamano de grano de austenita y se puede lograr la finura de los granos a traves de recristalizacion al realizar los ultimos dos pasos en una relacion de reduccion de 15-25% por paso, completando de esta manera la presente invencion. Tambien, con el fin de alcanzar la finura de los granos a traves de una reduccion suficiente, el numero total de pasos es por lo menos cuatro.
Sin embargo, con el fin de evitar una gran carga que se aplica a un laminador, es deseable controlar la relacion de reduccion por paso a 25% o menos. Por lo tanto, mas preferiblemente, se realiza laminado de multiples pasos en una cantidad no menor de cuatro pasos en la primera etapa de laminado en la que se realizan los ultimos dos pasos
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en la relacion de reduccion de 15-25% por paso, logrando de esta manera mejoras en la tenacidad criogenica a traves de la finura de los granos y evitar que se aplique una carga excesiva a un laminador.
Luego, la segunda etapa de laminado para realizar laminacion final en un rango de temperatura de Ar3-Tnr se realiza al triturar adicionalmente los granos y desarrollar dislocaciones a traves de la deformacion interna de los granos, elaborando de esta manera facilmente una transformacion a ferrita acicular durante enfriamiento. Para generar dichos efectos, la segunda etapa de laminado preferiblemente se realiza a una relacion de reduccion acumulada no menor de un total de 50%. Sin embargo, debido a que la relacion de reduccion acumulada excede 60% aumenta la limitacion en relacion de reduccion de la primera etapa de laminado para dificultar alcanzar suficiente finura de grano, es mas efectivo restringir la relacion de reduccion acumulada a 50-60%.
El enfriamiento en la etapa de enfriamiento se realiza a 320-380° C a una tasa de enfriamiento de 8-15° C/s desde un punto t/4 donde t es el espesor de la lamina de acero. La condicion enfriamiento es un factor que tiene una influencia sobre la microestructura. Cuando se realiza el enfriamiento a una tasa de enfriamiento de menos de 8° C/s, la cantidad de M&A se puede aumentar de forma excesiva para reducir la resistencia y tenacidad, mientras que cuando la tasa de enfriamiento excede 15° C/s, se puede utilizar de forma excesiva agua de enfriamiento para provocar distorsion de la lamina de acero y por lo tanto hace que sea imposible controlar la forma de la lamina de acero. Por lo tanto, la tasa de enfriamiento despues de laminado se controla preferiblemente a 8-15° C/s.
Tambien, la temperatura de enfriamiento se controla preferiblemente a una temperatura de menos de 380° C de tal manera que no se crea una estructura de M&A. Sin embargo, cuando es muy baja la temperatura de enfriamiento se puede saturar el efecto, se pueden provocar distorsiones en la lamina de acero debido as enfriamiento excesivo, y se puede reducir la tenacidad de impacto debido a aumentos excesivos en la resistencia. Por lo tanto, el llmite inferior de la temperatura de enfriamiento preferiblemente se fija en 320° C.
En lo sucesivo, se hara descripcion detallada de la presente invencion a modo de ejemplo, pero la invencion no se debe interpretar como limitada a los ejemplos que se establecen en el presente documento; mas bien, estos ejemplos se proporcionan para que la descripcion sea minuciosa y completa.
EJEMPLOS
Se fabrican planchas de acero que tienen las composiciones enumeradas en la Tabla 1. La formula experimental en la Tabla 1 indica un valor de [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb].
[Tabla 1]
Elemento (% en peso)
C Si Mn P (pp m) S (ppm) Al Ni Ti Nb Cu Formula Experimental
Acero de la invencion 1
0.038 0.108 1.304 48 18 0.011 1.19 0.011 0.009 0.578 2.47
Acero de la invencion 2
0.04 0.11 1.32 50 17 0.012 1.21 0.01 0.01 0.496 2.55
Acero de la invencion 3
0.038 0.105 1.42 50 18 0.01 1.18 0.011 0.012 0.6 2.64
Acero Comparativo 1
0.08 0.12 1.25 50 18 0.011 1.21 0.011 0.01 0.62 2.51
Acero Comparativo 2
0.037 0.11 1.32 50 17 0.013 1.21 0.012 0.001 0.587 2.28
Acero Comparativo 3
0.04 0.11 1.302 48 17 0.012 1.17 0.01 0.012 0.021 2.60
Acero Comparativo 4
0.042 0.13 1.305 47 18 0.035 1.16 0.01 0.011 0.595 3.28
Elemento (% en peso)
C Si Mn P (pp m) S (ppm) Al Ni Ti Nb Cu Formula Experimental
Acero Comparativo 5
0.04 0.106 1.81 50 18 0.011 1.22 0.012 0.011 0.61 3.03
Se someten las planchas de acero a un primer laminado (molino desbastador), un segundo laminado (molino de refinacion), y enfriamiento bajo las condiciones enumeradas en la Tabla 2.
[Tabla 2]
Clase de acero
No. Condicion de molino desbastador Condicion de molino de refinacion Condicion de enfriamiento
Temp. de Calent amient o. (° C) Temp. Final de molino desbasta dor (° C) Relacion de reduccion en las dos ultimas etapas (%) Temp. Inicial de Laminado (C) Temp. Final de Laminad o (C) Relacion de Reducci on Acumula da (%) Temp. de inicio de Enfriami ento (C) Temp. Final de Enfria miento (C) Tasa de Enfriam iento (°C/s
Acero de la invencion 1
1-1 1085 1066 15.2/19.6 773 765 60 730 330 12.5
1-2 1088 1059 16.3/21.5 780 775 60 732 342 11.8
1-3 1090 1068 16.2/23.4 778 762 55 738 329 13.1
1-4 1088 1068 12.5/14.2 776 765 60 735 338 12.5
1-5 1086 1066 18.4/24.2 778 768 60 734 453 13.4
1-6 1079 1060 16.2/22.8 779 770 60 738 341 6.4
Acero de la Invencion 2
2-1 1092 1069 18.5/20.0 782 770 60 735 335 11.8
2-2 1092 1068 17.8/21.4 772 765 52 735 332 12.2
2-3 1088 1064 19.5/22.5 776 759 60 738 352 13.2
2-4 1086 1065 12.1/13.5 775 758 60 736 345 12.5
2-5 1100 1070 18.5/21.2 773 762 60 738 406 11.8
2-6 1083 1064 20.1/23.5 775 762 60 740 350 5.8
Acero de la invencion 3
3-1 1084 1068 18.6/23.2 776 763 60 742 336 9.8
3-2 1088 1066 17.2/21.3 769 759 52 735 345 11.5
3-3 1093 1065 15.8/24.3 768 757 58 734 338 12.5
3-4 1095 1059 11.5/13.2 775 758 60 734 365 12.6
3-5 1085 1066 18.5/22.1 772 762 60 742 415 12.4
Clase de acero
No. Condicion de molino desbastador Condicion de molino de refinacion Condicion de enfriamiento
Temp. de Calent amient o. (° C)
Temp. Final de molino desbasta dor (° C) Relacion de reduccion en las dos ultimas etapas (%) Temp. Inicial de Laminado (°C) Temp. Final de Laminad o (°C) Relacion de Reducci on Acumula da (%) Temp. de inicio de Enfriami ento (°C) Temp. Final de Enfria miento (°C) Tasa de Enfriam iento (°C/s
3-6
1088 1065 17.8/23.5 776 763 60 734 348 6.8
Acero Comparativo 1
4-1 1096 1064 17.3/21.8 780 768 60 735 345 11.5
4-2
1079 1064 19.2/24.1 781 765 60 730 335 12.2
4-3
1080 1068 20.3/21.5 775 765 60 735 338 12.4
5-1
1085 1062 20.8/23.5 776 762 60 739 335 11.7
5-2 1086 1065 18.8/19.6 779 760 60 734 345 13.2
5-3
1092 1064 18.4/19.8 772 765 60 735 356 9.9
Acero Comparativo 2
6-1 1095 1068 17.2/22.9 773 768 60 736 365 10.5
6-2
1096 1070 16.5/23.5 769 759 60 732 355 11.5
6-3
1086 1062 20.8/21.7 781 765 60 735 345 11.7
Acero Comparativo 3
7-1 1085 1065 17.8/23.5 775 762 60 740 365 12.2
7-2
1085 1063 19.6/19.8 776 768 60 734 355 12.8
7-3
1089 1072 20.5/23.5 774 764 60 731 345 11.6
Acero Comparativo 4
8-1 1902 1065 21.5/22.5 772 766 60 735 339 10.9
8-2
1096 1068 18.8/23.8 775 765 60 736 335 13.4
8-3
1087 1067 22.3/23.1 776 765 60 735 354 12.2
Se miden el ilmite de elasticidad (YS), resistencia a la traccion (TS), energla de absorcion de impacto Charpy (CVN) a -100° C, -120°C, y -140°C, temperatura de trans icion ductil-fragil (DBTT) de las laminas de acero fabricadas y los resultados de la medicion se muestran en la Tabla 3.
5 [Tabla 3]
Tipos de acero
No. YS (Mpa) TS (Mpa) CVN at-100°C (J) CVN a -1.20°C (J) CVN a -140°C (J) DBTT (°C)
Acero de la invencion 1
1-1 469 549 416 386 384 -140 o menos
1-2
476 548 396 375 386 -140 o menos
Tipos de acero
No. YS (Mpa) TS (Mpa) CVN at-100°C (J) CVN a -1.20°C (J) CVN a -140°C (J) DBTT (°C)
1-3 468 547 424 416 406 -140 o menos
1-4 454 516 183 46 12 -98
1-5 434 486 162 104 26 -114
1-6 453 508 364 323 62 -125
Acero de la invencion 2
2-1 481 521 423 384 364 -140 o menos
2-2 490 533 395 388 386 -140 o menos
2-3 480 517 394 346 354 -140 o menos
2-4 475 511 126 26 4 -102
2-5 456 476 246 106 32 -110
2-6 465 486 369 214 21 -125
Acero de la invencion 3
3-1 463 537 384 374 351 -140 o menos
3-2 445 534 365 354 338 -140 o menos
3-3 484 523 435 413 393 -140 o menos
3-4 461 527 46 21 12 -87
3-5 438 475 135 36 12 -98
3-6 441 488 118 24 10 -91
Acero Comparativo 1
4-1 488 564 48 24 8 -86
4-2 492 572 68 26 5 -84
4-3 495 568 58 18 6 -80
5-1 421 472 428 425 346 -140 o menos
5-2 425 475 425 435 384 -140 o menos
5-3 431 468 415 426 368 -140 o menos
Acero Comparativo 2
6-1 458 496 386 347 326 -140 o menos
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Tipos de acero
No. YS (Mpa) TS (Mpa) CVN at-100°C (J) CVN a -1.20°C (J) CVN a -140°C (J) DBTT (C)
6-2 439 482 406 407 389 -140 o menos
6-3
452 503 395 356 345 -140 o menos
Acero Comparativo 3
7-1 468 521 365 120 15 -112
7-2
489 548 246 86 12 -108
7-3
469 552 114 75 13 -97
Acero Comparativo 4
8-1 496 565 168 45 12 -106
8-2
492 575 75 18 8 -78
8-3
495 552 124 24 12 -95
Primero, en el caso de los Nos. 1-1 a 1-3, 2-1 a 2-3, y 3-1 a 3-3, debido a que se utilizan aceros de la invencion, la relacion de reduction de cada uno de los ultimos dos pasos en el molino desbastador fue 15-25%, la relation de reduction acumulada en la molienda de refinacion fue 50-60%, la tasa de enfriamiento en la condition de enfriamiento fue 8-15° C/s, y la temperatura de enfriamiento fue 320-380° C, aquellos aceros satisfacen las condiciones de la presente invencion. Como resultado, se muestra que el llmite de elasticidad fue 440 MPa o mas, la resistencia a la traction fue 490 MPa o mas, y la energla de absorcion de impacto Charpy a -100° C, -12 0° C, y - 140° C fue toda 300 J o mas, se considera que tiene una tenacidad criogenica muy superior. Tambien, debido a que no ocurre fragilidad a -140° C que fue la medicion mas baja de la temperatura, se puede ver que DBTT tiene una temperatura mucho mas baja que -140° C.
Mientras tanto, en el caso de los Nos. 1-4, 2-4, y 3-4, aunque se utilizaron los aceros de la invencion, ya que la relacion de reduccion de cada uno de los dos ultimos pasos fue de menos de 15%, no se logro finura de los granos, la absorcion de energla de impacto Charpy fue muy baja, y el DBTT muy alto. A partir de este resultado, se puede ver que los aceros de los Nos. 1-4, 2-4, y 3-4 no son muy buenos en tenacidad criogenica.
En el caso de los Nos. 1-5, 2-5, y 3-5, aunque se utilizaron los aceros de la invencion, ya que la temperatura de enfriamiento fue mas alta que 380° C, se considera que se forma una cantidad considerable de estructura MA. Tambien, se puede ver que la tenacidad a baja temperatura de los Nos. 1-5, 2-5, y 3-5 no es muy buena de la muy baja energla de absorcion de impactos Charpy y alto DBTT.
En el caso de los Nos. 1-6, 2-6 y 3-6, aunque se utilizan aceros de la invencion, ya que la tasa de enfriamiento es demasiado baja, se considera que se forma una cantidad considerable de estructura MA. Tambien, se puede ver que la tenacidad a baja temperatura de los Nos. 1-6, 2-6, y 3-6 no es muy buena de la muy baja energla de absorcion de impactos Charpy y de alto DBTT.
La Figura 1 es un grafico que muestra las variaciones en la energla de absorcion de impacto Charpy con respecto a la temperatura cuando se utilizaron los aceros de la invencion y las condiciones de fabrication estaban dentro del rango de la presente invencion. Se puede confirmar que la tenacidad criogenica es muy superior, a partir de altos valores de energla no menor de 300 J a -140°C, la temperatura mas baja se pudo medir a -40 ° C.
La Figura 2 es una fotografla de la microestructura del acero de acuerdo con un ejemplo de la invencion, en la que los granos negros indican granos eficaces que tienen una orientation de llmite de grano no inferior a 15° Se puede confirmar de la Figura 2 que los granos efectivos fueron 70% por area y la ferrita acicular fue 99% o mas por area.

Claims (4)

  1. 5
    10
    15
    20
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    REIVINDICACIONES
    1. Una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0. 1 a 0.35% de Si, 1.0 a 1.6% de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lamina de acero de alta resistencia satisface la condicion de [Mn]+5.4[Si]+26[A1]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, Al, y Nb en porcentaje en peso, respectivamente, en donde la microestructura de la lamina de acero consiste, en porcentaje de area, de 99% o mas de ferrita acicular y 1% o menos de austenita/martensita (M&A), en donde los granos que tienen una orientacion llmite de grano no menor de 15 ° tienen menos de 70% en porcentaje de area en la microestructura y los granos que tienen un tamano de no mas de 10 pm en los granos no tienen menos de 70% en porcentaje de area.
  2. 2. La lamina de acero de alta resistencia de la reivindicacion 1, en donde los granos tienen un tamano promedio en un rango de 3-7 um.
  3. 3. La lamina de acero de alta resistencia de la reivindicacion 2, en donde la placa de acero tiene una resistencia a la traccion no menor de 490 Mpa, una energla de absorcion de impacto Charpy no menor de 300 J a -140° C, y una temperatura de transicion ductil-fragil de no mas de -140° C.
  4. 4. Un metodo para fabricar una lamina de acero de alta resistencia que tiene tenacidad superior a temperaturas bajas extremas, el metodo comprende:
    una etapa de calentamiento para calentar, en un rango de temperatura de 1050-1180° C, una plancha de acero que comprende, en porcentaje en peso, 0.02 a 0.06% de C, 0.1 1 a 0.35% de Si, 1.0 0 a 1.60 de Mn, 0.02% o menos (pero no 0%) de Al, 0.7 a 2.0% de Ni, 0.4 a 0.9% de Cu, 0.003 a 0.015% de Ti, 0.003 a 0.02% de Nb, 0.01% o menos de P, 0.005% o menos de S, el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde la lamina de acero de alta resistencia satisface la condicion de [Mn]+5.4[Si]+26[Al]+32.8[Nb]<4.3 donde [Mn], [Si], [Al], y [Nb] indican contenidos de Mn, Si, A1, y Nb en porcentaje en peso;
    una etapa de laminado para laminar la plancha a una temperatura no menor que la temperatura de recristalizacion de austenita (Tnr) con numero de pasos no menor de cuatro;
    una segunda etapa de laminado que lleva a cabo una molienda de refinacion en rango de temperatura de Ar3-Tnr; y
    una etapa de enfriamiento para enfriar la plancha, en donde los ultimos dos pasos de la primera etapa de laminado se realizan a una relacion de reduccion de 15-25% por paso,
    en donde una relacion de reduccion acumulada en la segunda etapa de laminado tiene un total de 50-60%, y
    en donde el enfriamiento en la etapa de enfriamiento se realiza a 320-380° C a una tasa de enfriamiento de 8-15° C/s desde un punto t/4 donde t es el espesor de la lamina de acero.
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