ES2955869T3 - Procedimiento de producción de una lámina de acero de alta resistencia que tiene altas ductilidad, conformabilidad y soldabilidad, y lámina de acero obtenida - Google Patents
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Abstract
El método comprende proporcionar una lámina laminada en frío, con una composición que contiene: 0,15 % <= C <= 0,23 %, 1,4 % <= Mn <= 2,6 %, 0,6 % <= Si <= 1,3 %, con C+Si/10 <= 0,30 %, 0,4 % <= Al <= 1,0%, con Al >= 6(C+Mn/10) - 2,5%, 0,010% <= Nb <= 0,035%, 0,1% <= Mo <= 0,5%, recociendo la lámina a 860°C-900°C para obtener una estructura compuesta por al menos un 90% de austenita y al menos un 2% de ferrita intercrítica, enfriando a una temperatura entre Ms-0°C y Ms-60°C a una velocidad Vc superior a 30°C/s, calentando a una temperatura PT entre 410 °C y 470 °C durante 60 s a 130 s, recubrir la lámina por inmersión en caliente y enfriar a temperatura ambiente. La microestructura comprende del 45 % al 68 % de martensita, que consiste en del 85 % al 95 % de martensita dividida que tiene un contenido de C de como máximo el 0,45 % y martensita fresca; 0% a 15% de austenita retenida; 2% a 10% de ferrita intercrítica; 20% a 30% menos bainita. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de una lámina de acero de alta resistencia que tiene altas ductilidad, conformabilidad y soldabilidad, y lámina de acero obtenida
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para producir una lámina de acero de alta resistencia que tiene alta ductilidad y conformabilidad junto con una alta soldabilidad y a una lámina obtenida con este procedimiento.
[0002] Para fabricar diversos equipos, tales como piezas de elementos estructurales de la carrocería y paneles de la carrocería para vehículos automóviles, se conoce el uso de láminas hechas de aceros DP (fase dual) o aceros TRIP (plasticidad inducida por transformación).
[0003] También se conoce el uso de aceros que tienen una estructura bainítica, libre de precipitados de carburos, con austenita retenida, que contienen aproximadamente 0,2% de C, aproximadamente 2% de Mn, aproximadamente 1,7 % de Si, con un límite elástico de aproximadamente 750 MPa, una resistencia a la tracción de aproximadamente 980 MPa, un alargamiento total de aproximadamente 8 %. Estas láminas se producen en líneas de recocido continuo por enfriamiento desde una temperatura de recocido mayor que el punto de transformación Ac3, hasta una temperatura de mantenimiento por encima del punto de transformación Ms, y manteniendo la lámina a la temperatura durante un tiempo determinado.
[0004] Para reducir el peso de los automóviles con el fin de mejorar su eficiencia en consumo de combustible en vista de la conservación global del medio ambiente, es deseable tener láminas que tengan un alto límite elástico y resistencia a la tracción, junto con una buena ductilidad y una buena conformabilidad y, más específicamente, una buena abocardabilidad.
[0005] A este respecto, es deseable tener láminas que tengan un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción TS de al menos 1180 MPa, un alargamiento total TE de al menos 13 % y una relación de ensanchamiento de orificios HER de al menos 30 %.
[0006] La resistencia a la tracción TS y el alargamiento total TE se miden según la norma ISO 6892--1, publicada en octubre de 2009. Se debe enfatizar que, debido a las diferencias en los procedimientos de medición, en particular debido a las diferencias en las geometrías del espécimen usado, los valores del alargamiento total AT según la norma ISO son muy diferentes, y en particular, son más bajos, que los valores del alargamiento total medidos según la norma JIS Z 2201-05.
[0007] La relación de ensanchamiento de orificios HER se mide según la norma ISO 16630:2009. Debido a las diferencias en los procedimientos de medición, los valores de la relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 son muy diferentes y no son comparables con los valores de la relación de ensanchamiento de orificios A según la norma JFS T 1001 (Norma de la Japan Iron and Steel Federation).
[0008] Sin embargo, con el fin de lograr dicha combinación de resistencia y ductilidad, generalmente se requiere añadir una alta cantidad de C y Si. Dichos elementos reducen en gran medida la soldabilidad del acero, especialmente la soldabilidad por puntos, al conducir a la presencia de grietas en las soldaduras por puntos.
[0009] Por ejemplo, el documento WO 2016/001710 A1 divulga un procedimiento para fabricar una lámina de acero recubierta que tiene altas propiedades mecánicas, comprendiendo el acero 0,13-0,22 % de C, 1,2-1,8 % de Si, 1,8-2,2 % de Mn, 0,10-0,20 % de Mo, como máximo 0,05 % de Nb y como máximo 0,5 % de Al.
[0010] Por lo tanto, la presente invención tiene como objetivo proporcionar una lámina de acero recubierta con las características y propiedades mecánicas mencionadas anteriormente, junto con una alta soldabilidad, especialmente una alta soldabilidad por puntos, y un procedimiento para producirla.
[0011] Con este fin, la invención se refiere a un procedimiento para producir una lámina de acero recubierta que tiene un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, un alargamiento total según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %, y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos 30 %, en el que el procedimiento comprende las siguientes etapas sucesivas: - proporcionar una lámina de acero laminada en frío hecha de un acero que tiene una composición química que contiene en % en peso:
0,15% s C í 0,23%
1,4 % s M n í 2,6%.
0,6% £ Si £ 1,3%
con
C+Si/10 £ 0,30%,
0,4% £ Al £ 1,0%,
con
Al >6(C+Mn/10)-2,5%,
0,010% £ Nb £ 0,035%,
0,1% £ Mo £ 0,5%,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables,
- recocer la lámina de acero laminada en frío a una temperatura de recocido Ta comprendida entre 860 °C y 900 °C para obtener una lámina de acero recocida que tiene una estructura que consiste en al menos 90 % de austenita y al menos 2 % de ferrita intercrítica,
- templar la lámina de acero recocida desde la temperatura de recocido Ta hasta una temperatura de templado QT comprendida entre Ms-10 °C y Ms-60 °C a una velocidad de enfriamiento promedio Vc mayor de 30 °C/s, para obtener una lámina templada,
- calentar la lámina templada desde la temperatura de templado QT hasta una temperatura de partición PT comprendida entre 410 °C y 470 °C, y mantener la lámina a la temperatura de partición PT durante un tiempo de partición Pt comprendido entre 60 s y 130 s,
- recubrir por inmersión en caliente la lámina de acero en un baño,
- enfriar la lámina de acero hasta temperatura ambiente, para obtener una lámina de acero recubierta que tiene una microestructura que comprende, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
[0012] Preferentemente, la lámina templada tiene, justo antes del calentamiento a la temperatura de partición PT, una estructura que consiste en, en fracción de área:
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- al menos 10 % de austenita retenida,
- al menos 38 % de martensita, y
- al menos 15 % de bainita inferior
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
[0013] Según una realización, la etapa de proporcionar la lámina de acero laminada en frío comprende las siguientes etapas sucesivas:
- laminar en caliente un semiproducto hecho de dicho acero para obtener una lámina de acero laminada en caliente, - enrollar dicha lámina de acero laminada en caliente a una temperatura Tc comprendida entre 400 °C y 750 °C, - realizar un recocido por lotes a una temperatura Th b a comprendida entre 500 °C y 700 °C durante un tiempo comprendido entre 2 y 6 días,
- laminar en frío dicha lámina de acero laminada en caliente para obtener dicha lámina de acero laminada en frío.
[0014] Preferentemente, la lámina de acero laminada en frío se mantiene a la temperatura de recocido Ta durante un tiempo de recocido tA comprendido entre 80 s y 180 s.
[0015] Según una realización preferida, la temperatura de recocido Ta es de como máximo 880 °C, para obtener tras el recocido una lámina de acero recocida que tiene una estructura que consiste en al menos 90 % de austenita y más de 5 % de ferrita intercrítica, comprendiendo la microestructura de la lámina de acero recubierta más de 5 % de ferrita intercrítica.
[0016] Preferentemente, la lámina de acero recubierta tiene una estructura que consiste en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
[0017] Preferentemente, la velocidad de enfriamiento promedio Vc entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado QT es de al menos 50 °C/s, consistiendo la microestructura de la lámina de acero recubierta en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior,
teniendo la lámina de acero recubierta un alargamiento total de al menos 14 %.
[0018] Todavía preferentemente, la velocidad de enfriamiento promedio Vc entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado QT es de al menos 60 °C/s, siendo el alargamiento total de al menos 14 % y siendo la resistencia a la tracción de al menos 1250 MPa.
[0019] En una realización, los contenidos de Si y Al en la composición de acero son tales que 0,6 % < Si <1,0 % y 0,7 % < Al <1,0 %.
[0020] Preferentemente, el contenido de C en la composición de acero es tal que 0,17 % < C < 0,21 %.
[0021] Preferentemente, el contenido de C en la composición de acero es tal que 1,9 % < Mn < 2,3 %.
[0022] En una realización, la lámina de acero está recubierta con Zn o una aleación de Zn.
[0023] La invención también se refiere a un proceso para producir una soldadura por puntos de resistencia de al menos dos láminas de acero, comprendiendo dicho proceso:
- producir una primera lámina de acero recubierta por un procedimiento según la invención,
- proporcionar una segunda lámina de acero que tiene una composición tal que C+Si/10 < 0,30 % y Al > 6(C+Mn/10) -2,5 %,
- soldar por puntos de resistencia dicha primera lámina de acero recubierta a dicha segunda lámina de acero.
[0024] La segunda lámina de acero se produce mediante un procedimiento según la invención.
[0025] La invención también se refiere a una lámina de acero recubierta hecha de acero que tiene una composición química que contiene, en % en peso:
con
C+Si/1050,30%,
0,4% 5 Al S 1,0%.
con
Al 26(C+Mn/10) - 2,5%,
0,010% <N bs 0,035%.
0,1% sM os 0,5%,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables,
teniendo dicha lámina de acero recubierta una microestructura que comprende, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
[0026] Preferentemente, la austenita retenida tiene un contenido de C promedio comprendido entre 1,0 % y 1,3 %.
[0027] En una realización preferida, la microestructura de la lámina de acero recubierta comprende más de 5 % de ferrita intercrítica.
[0028] En una realización, los contenidos de Si y Al en la composición de acero son tales que 0,6 % < Si < 1,0 % y 0,7 % < Al <1,0 %.
[0029] En una realización, el contenido de C en la composición de acero es tal que 0,17 % < C < 0,21 %.
[0030] En una realización, el contenido de Mn en la composición de acero es tal que 1,9 % < Mn < 2,3 %.
[0031] Generalmente, la lámina de acero recubierta tiene un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, un alargamiento total según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %, y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos 30 %.
[0032] En una realización, la lámina de acero recubierta está recubierta con Zn o una aleación de Zn, siendo el recubrimiento el resultado de un recubrimiento a una temperatura menor de 480 °C.
[0033] Preferentemente, la lámina de acero recubierta tiene una estructura que consiste en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
[0034] Preferentemente, la microestructura consiste en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
[0035] En esta realización, el alargamiento total es generalmente de al menos 14 %.
[0036] Según una realización, la resistencia a la tracción es de al menos 1250 MPa y el alargamiento total es de al menos 14 %.
[0037] La invención también se refiere a una estructura soldada que comprende al menos diez soldaduras por puntos de resistencia de una primera lámina de acero y una segunda lámina de acero, en la que la primera lámina de acero es una lámina de acero recubierta según la invención, y la segunda lámina de acero tiene una composición tal que C+Si/10 < 0,30 % y Al > 6(C+Mn/10) - 2,5 %, y en la que el número medio de grietas por soldadura por puntos de resistencia es menor de 6.
[0038] La segunda lámina de acero es una lámina de acero recubierta según la invención.
[0039] Preferentemente, la estructura soldada es una estructura soldada de la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero (es decir, solo dos láminas de acero), el número promedio de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros en las al menos diez soldaduras por puntos de resistencia es menor de 0,1.
[0040] La solicitud también divulga un proceso para producir la estructura soldada según la invención, que comprende:
- proporcionar la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero,
- superponer parcialmente la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero,
- aplicar un esfuerzo comprendido entre 3,5 y 5 kN mediante electrodos colocados perpendiculares a las láminas superpuestas,
- soldar por puntos de resistencia las láminas de acero primera y segunda para producir al menos 10 soldaduras por puntos de resistencia, con una intensidad comprendida entre Imax y 1.1*lmax, siendo Imax la intensidad a la que comienza a observarse la expulsión de metal líquido en la soldadura por puntos de resistencia de dicha primera lámina de acero recubierta a dicha segunda lámina de acero.
[0041] La invención también se refiere al uso de una lámina de acero recubierta producida según la invención, o de una lámina de acero según la invención, para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor.
[0042] La invención también se refiere al uso de una soldadura por puntos de resistencia fabricada según la invención, o de una estructura soldada según la invención, para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor.
[0043] Ahora, la invención se describirá en detalle, pero sin introducir limitaciones, con referencia a la Figura adjunta, que muestra una micrografía de un acero según la invención.
[0044] La composición del acero según la invención comprende, en porcentaje en peso:
- de 0,15 % a 0,23 % de carbono para garantizar una resistencia satisfactoria y mejorar la estabilidad de la austenita retenida que es necesaria para obtener un alargamiento suficiente. Preferentemente, el contenido de carbono es mayor o igual a 0,17 %, y/o menor o igual a 0,21 %. Si el contenido de carbono es demasiado alto, la lámina laminada en caliente es demasiado dura para laminar en frío y la soldabilidad, especialmente la soldabilidad por puntos, es insuficiente. Si el contenido de carbono es menor de 0,15 %, la resistencia a la tracción no alcanzará los 1180 MPa. -1,4 % a 2,6 % de manganeso. El mínimo se define para tener una templabilidad suficiente con el fin de obtener una microestructura que contenga al menos 45 % de martensita y al menos 85 % de martensita particionada en martensita, y una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa. El máximo se define para evitar tener problemas de segregación que son perjudiciales para la ductilidad. Preferentemente, el contenido de manganeso es mayor o igual a 1,9 %, y/o menor o igual a 2,3 %.
- 0,6 % a 1,3 % de silicio y 0,4 % a 1,0 % de aluminio. En el acero de la invención, tanto Si como Al se añaden como estabilizadores de austenita. Especialmente, Si y Al retardan la formación de carburos cuando la lámina de acero se enfría a una temperatura para obtener una transformación martensítica parcial, y se recalienta inmediatamente y se mantiene a una temperatura PT durante la cual el carbono se particiona de martensita a austenita. Si se añaden Si y Al en cantidades suficientes, la partición de carbono se produce sin una precipitación significativa de carburos. Además, el Si proporciona una solución sólida que fortalece y mejora la relación de ensanchamiento de orificios.
[0045] No obstante, el contenido de Si debe limitarse al 1,3 % para evitar la formación de óxidos de silicio en la superficie de la lámina, lo que sería perjudicial para la capacidad de recubrimiento.
[0046] Sobre todo, los inventores han encontrado que, cuando Si/10 > 0,30 % - C (expresándose Si y C en porcentaje en peso), debido a la LME (fenómeno de fragilización por metal líquido), el silicio es perjudicial para la soldadura por puntos de láminas galvanizadas. La aparición del LME causa grietas en los límites de grano en las zonas afectadas por el calor y en el metal de soldadura de las juntas soldadas. Por lo tanto, (C Si/10) debe mantenerse menor o igual a 0,30 %. Preferentemente, el contenido de S es de como máximo 1,0 %
[0047] Además, el Al debe añadirse en un contenido de al menos 0,4 % para lograr una estabilización suficiente de la austenita. Sin embargo, el contenido de Al se limita al 1,0% para evitar el aumento de la temperatura de transformación Ac3, lo que implicaría un mayor coste cuando se calienta a alta temperatura para obtener la austenización de la lámina de acero en la etapa de recocido.
[0048] Además, el Al tiene un efecto favorable al reducir la sensibilidad a LME cuando los contenidos de C y/o Mn son altos. Por tanto, el contenido de Al es tal que Al > 6(C+Mn/10) - 2,5 %. Preferentemente, el contenido de Al es de al menos 0,7 %.
- entre 0,010 % y 0,035 % de niobio, con el fin de refinar los granos de austenita durante el laminado en caliente, y proporcionar un refuerzo de la precipitación durante el tratamiento térmico final. Un contenido de Nb de 0,010 % a 0,035 % permite obtener un límite elástico y un alargamiento satisfactorios, en particular, un límite elástico de al menos 800 MPa.
- de 0,1 % a 0,5 % de molibdeno para aumentar la templabilidad y estabilizar la austenita retenida para reducir considerablemente la descomposición de la austenita durante la partición. Preferentemente, el contenido de Mo es de al menos 0,20 %.
[0049] El resto es hierro y elementos residuales resultantes de la fabricación del acero. A este respecto, al menos Ni, Cr, Cu, V, B, S, P y N se consideran elementos residuales que son impurezas inevitables. Por lo tanto, sus contenidos en peso son menores de 0,05 % para el Ni, 0,01 % para el Cr, 0,03 % para el Cu, 0,007 % para el V, 2 ppm para el B, 0,005 % para el S, 0,02 % para el P y 0,010 % para el N. El contenido de Ti está limitado al 0,05 % porque, por encima de tales valores, carbonitruros de gran tamaño precipitarían principalmente en la etapa líquida, y la conformabilidad de la lámina de acero disminuiría, haciendo que la diana del 13 % para el alargamiento total sea más difícil de alcanzar.
[0050] Con las láminas de acero recubiertas de la invención, especialmente recubiertas con Zn o aleaciones de Zn, la soldabilidad por puntos puede verse afectada por el fenómeno de LME (fragilización por metal líquido).
[0051] La sensibilidad de un acero particular a este fenómeno puede evaluarse mediante una prueba de tracción realizada a alta temperatura. En particular, esta prueba de tracción en caliente se puede realizar usando un simulador térmico Gleeble RPI, siendo conocido dicho dispositivo per se en la materia.
[0052] Esta prueba, que se denomina «prueba de LME de Gleeble», se describe como sigue:
- Las muestras de láminas recubierta con un espesor de 0,7 mm a 3 mm se someten a pruebas de tracción a alta temperatura para determinar cuál es el desplazamiento crítico mínimo para el cual se producen grietas alrededor de la zona soldada. Las muestras que se cortan en la lámina tienen una zona calibrada de 10 mm de largo y 10 mm de ancho, y cabezales de 40 mm de largo y 30 mm de ancho, siendo el radio de curvatura entre los cabezales y la parte calibrada de 5 mm.
- las pruebas de tracción a alta temperatura se realizan calentando rápidamente (1000 °C/s) cada muestra, manteniendo la muestra a una temperatura predeterminada, y sometiendo la muestra calentada a un alargamiento o desplazamiento predeterminado, enfriando a continuación la muestra en aire, manteniéndose el alargamiento o el desplazamiento. Después del enfriamiento, se observan las muestras para determinar si hay grietas por LME o no. Se determina que la muestra tiene una grieta si se forma al menos una grieta de al menos 2 mm en la muestra.
- las pruebas se realizan a una pluralidad de temperaturas predeterminadas, tales como 700 °C, 750 °C, 800 °C, 850 °C, 900 °C y 950 °C, y con alargamientos o desplazamientos de 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, 1,25 mm, 1,5 mm, 1,75 mm, 2 mm, etc.; los alargamientos o desplazamientos son los alargamientos o desplazamientos de las mordazas que mantienen las muestras en el simulador Gleeble,
- se reseña el desplazamiento crítico para el inicio del agrietamiento, y el desplazamiento crítico mínimo, es decir, el desplazamiento mínimo para el cual se produce el agrietamiento, se determina para el intervalo de temperaturas considerado.
[0053] Usualmente, se considera que, cuando el desplazamiento crítico mínimo es menor de 1,5 mm a una temperatura entre 700 °C y 800 °C, la probabilidad de aparición de LME en la soldadura por puntos de resistencia es alta, y cuando el desplazamiento crítico mínimo es de al menos 1,5 mm, la probabilidad de observar muchas grietas por LME en la soldadura por puntos de resistencia es baja.
[0054] A este respecto, los inventores han descubierto que, para los aceros de la presente invención, tales que
(C+Si/10) es menor o igual a 0,30 %, y Al es mayor o igual a 6(C+Mn/10)- 2,5 %, el desplazamiento crítico mínimo es de al menos 1,5 mm, y cuando (C+Si/10) es mayor de 0,30 % y/o Al es menor de 6(C+Mn/10)-2,5 %, el desplazamiento crítico mínimo es menor de 1,5 mm e incluso menor de 1 mm.
[0055] Como ejemplos, se han realizado pruebas de LME de Gleeble con aceros que tienen las siguientes composiciones:
S1: C = 0,226 %, Mn = 2,01 %, Si = 0,716. Al = 0,802 %,
S2: C= 0,204 %, Mn= 2,07 %, Si= 1,44 %, Al= 0,033 %,
Para S1, C+Si/10= 0,2976 % y el desplazamiento crítico mínimo es de 2,25 mm.
Para S2, C+Si/10= 0,4412% y el desplazamiento crítico mínimo es de 0,9 mm.
[0056] Otro procedimiento para evaluar la soldabilidad por puntos de las láminas recubiertas es una «prueba de soldadura por puntos LME» que permite determinar la probabilidad de tener soldaduras agrietadas entre un número importante de soldaduras por puntos de resistencia, por ejemplo, en una producción industrial de productos que comprenden piezas que se ensamblan mediante soldadura por puntos de resistencia tales como, por ejemplo, carrocerías de automóviles.
[0057] Esta «prueba de soldadura por puntos LME» se deriva de la prueba de vida de electrodos para soldadura por puntos de resistencia en la que se realizan una pluralidad de soldaduras por puntos de resistencia, por ejemplo, 30, en tres láminas superpuestas entre sí: la lámina a analizar y dos láminas de soporte hechas de láminas galvanizadas de bajo contenido en carbono, por ejemplo, DX54D+Z según la norma EN 10346. Los espesores de las láminas son de 1,6 mm y las soldaduras por puntos de resistencia se realizan según la norma ISO 18278-2 para conjuntos heterogéneos. Los parámetros son:
- diámetro de la punta del electrodo: 8 mm,
- fuerza de soldadura: 4,5 kN,
-tiempo de soldadura: 3 pulsos de 180 ms separados por periodos de 40 ms (tiempos de enfriamiento), -tiempo de mantenimiento: 400 ms.
[0058] Para esta prueba, con el fin de determinar la eventual aparición de grietas en las soldaduras por puntos de resistencia, las muestras se cortan y se pulen. A continuación, las soldaduras por puntos de resistencia se graban con ácido pícrico y se observan con un microscopio, por ejemplo, con un aumento de 200x, para determinar el número de grietas en cada soldadura por puntos de resistencia observada y la suma de la longitud de las grietas en cada soldadura por puntos de resistencia.
[0059] Para los ejemplos S1 y S2, las proporciones del número de grietas para cada soldadura por puntos de resistencia son las siguientes:
- S1: prueba LME de Gleeble > 1,5 mm, el 80 % de las soldaduras por puntos de resistencia tienen menos de 10 grietas, el 0 % tienen 20 o más grietas,
- S2: prueba LME de Gleeble < 1,5 mm, solo el 40 % de las soldaduras por puntos de resistencia tienen menos de 10 grietas, y el 30 % tienen 20 o más grietas.
[0060] Si se considera el número medio de grietas en cada soldadura por puntos de resistencia, los resultados son los siguientes:
- S1: el número medio de grietas en cada soldadura por puntos de resistencia es 5,
- S2: el número medio de grietas en cada soldadura por puntos de resistencia es 10.
[0061] La lámina laminada en caliente con un espesor entre 2 y 5 mm se puede producir de una manera conocida a partir de la composición de acero de la invención mencionada anteriormente.
[0062] Como ejemplo, la temperatura de recalentamiento antes del laminado puede estar comprendida entre 1200 °C y 1280 °C, preferentemente aproximadamente 1250 °C, la temperatura de laminado final está comprendida preferentemente entre Ar3 y 950 °C, y preferentemente mayor de 850 °C, y el enrollado se realiza a una temperatura preferentemente comprendida entre 400 °C y 750°C. Preferentemente, si Si > 1,0 %, la temperatura de enrollado es menor o igual a 550 °C.
[0063] Después del enrollado, la lámina tiene una estructura ferrito-bainítica-martensínica o ferrito-perlitobainítica.
[0064] Después del enrollado, opcionalmente la lámina se recuece preferentemente por lotes para reducir la dureza de la lámina de acero laminada en caliente y, por lo tanto, mejorar la capacidad de laminación en frío de la lámina de acero laminada en caliente.
[0065] Por ejemplo, la lámina de acero laminada en caliente se recuece por lotes a una temperatura entre 500 °C y 700 °C, por ejemplo, entre 550 °C y 650 °C, durante un tiempo entre 2 y 6 días, preferentemente entre 3 y 5 días. Este tiempo incluye el calentamiento hasta la temperatura de recocido por lotes y el enfriamiento desde la temperatura de recocido por lotes hasta la temperatura ambiente.
[0066] Después del recocido por lotes, si se realiza, la lámina de acero laminada en frío tiene una estructura martensítica revenida de ferrita-bainita.
[0067] La lámina de acero laminada en caliente y opcionalmente recocida por lotes se decapa opcionalmente, a continuación se lamina en frío para obtener una lámina de acero laminada en frío que tiene un espesor entre 0,7 mm y 3 mm, por ejemplo, en el intervalo de 0,8 mm a 2 mm.
[0068] A continuación, la lámina de acero laminada en frío se trata térmicamente, preferentemente en una línea combinada de recocido continuo y recubrimiento por inmersión en caliente.
[0069] El tratamiento térmico y el recubrimiento opcional comprenden las etapas de:
- recocer la lámina de acero laminada en frío a una temperatura de recocido Ta comprendida entre 860 °C y 900 °C, siendo la temperatura de recocido TAtal que, al final de la etapa de recocido, el acero tenga una estructura que consiste en austenita y ferrita intercrítica, siendo la fracción de austenita de al menos 90 % y siendo la fracción de ferrita intercrítica de al menos 2 %. Por tanto, el recocido se realiza a una temperatura menor de Ac3, siendo Ac3 la temperatura del final de la transformación en austenita durante la etapa de calentamiento. Si la temperatura de recocido Ta es menor de 860 °C, se logran fracciones insuficientes de martensita y austenita retenida en la estructura final (es decir, después del tratamiento térmico y el recubrimiento), de modo que no se logran la resistencia a la tracción y el alargamiento total deseados. Si la temperatura de recocido Ta es mayor de 900 °C, la estructura final comprende una fracción insuficiente de ferrita intercrítica, de modo que no se logra un alargamiento total de al menos 13 %. Preferentemente, la temperatura de recocido es de como máximo 880 °C, para lograr al final de la etapa de recocido una estructura que consiste en al menos 90% de austenita y más de 5 % de ferrita intercrítica.
[0070] La lámina se mantiene a la temperatura de recocido, es decir, se mantiene entre Ta - 5 °C y Ta + 5°C, durante un tiempo de recocido tA preferiblemente comprendido entre 80 s y 180 s. Preferentemente, el tiempo de recocido tA está comprendido entre 85 s y 136 s.
- justo después de la etapa de recocido, templar la lámina de acero recocida enfriándola desde la temperatura de recocido Ta hasta una temperatura de templado QT menor que el punto de transformación Ms de la austenita obtenida después del recocido, a una velocidad de enfriamiento lo suficientemente rápida como para evitar la formación de bainita superior y granular, y evitar o limitar la formación de ferrita.
[0071] La velocidad de enfriamiento media desde la temperatura de recocido Ta hasta la temperatura de templado QT es estrictamente mayor de 30 °C/s, preferentemente mayor de 50 °C/s, aún preferentemente mayor de 60 °C/s.
[0072] De hecho, con una velocidad de enfriamiento de 30 °C/s o menor, no se logran el límite elástico y la resistencia a la tracción diana. Una velocidad de enfriamiento de más de 30 °C/s permite limitar la formación de ferrita al enfriarse, a una fracción de menos de 5 %.
[0073] Una velocidad de enfriamiento de al menos 50 °C/s permite suprimir la formación de ferrita al enfriarse. Por tanto, una velocidad de enfriamiento de al menos 50 °C/s garantiza que la estructura de la lámina al templar, y por lo tanto la estructura final de la lámina de acero recubierta, no comprenda ninguna ferrita resultante de la transformación de austenita en ferrita. Una velocidad de enfriamiento de al menos 50 °C/s permite lograr un alargamiento total de al menos 14 %, en combinación con el límite elástico, la resistencia a la tracción y la relación de ensanchamiento de orificios diana.
[0074] Una velocidad de enfriamiento de al menos 60 °C/s permite lograr un alargamiento total de al menos 14 % y una resistencia a la tracción de al menos 1250 MPa.
[0075] La temperatura de templado QT está comprendida entre Ms-60 °C y Ms-10 °C. Para cada composición particular del acero y cada estructura, un experto en la materia sabe cómo determinar el punto de transformación Ms de la austenita restante después de recocido. Si la temperatura de templado QT es menor de Ms-60 °C, la fracción de martensita creada tras el templado es demasiado alta para estabilizar una cantidad suficiente de austenita retenida por encima de 10 % en la estructura final, de modo que el alargamiento total no alcanza 13 %. Además, si la temperatura de templado QT es mayor de Ms-10 °C, la fracción de martensita particionada en la estructura final es demasiado baja para obtener la resistencia a la tracción deseada.
[0076] La estructura del acero a la temperatura de templado QT comprende preferentemente:
- entre 2 % y 10 %, y preferentemente más de 5% de ferrita intercrítica,
- al menos 10 % de austenita retenida,
- al menos 38 % de martensita, y
- al menos 15 % de bainita inferior.
[0077] La ferrita intercrítica resulta del recocido a una temperatura menor de Ac3. La ferrita intercrítica es diferente de la ferrita que podría crearse después del recocido, denominada en lo sucesivo "ferrita de transformación", resultante de la transformación de austenita en ferrita. Dicha ferrita de transformación podría producirse, por ejemplo, durante el enfriamiento desde la temperatura de recocido Ta hasta la temperatura de templado QT si la velocidad de enfriamiento es insuficiente para evitar dicha formación (es decir, 30 °C/s o menor). En particular, a diferencia de la ferrita de transformación, la ferrita intercrítica es poligonal. Además, la ferrita de transformación está enriquecida con carbono y manganeso, es decir, tiene un contenido de carbono y manganeso que es mayor que el contenido de carbono y manganeso de la ferrita intercrítica. Por lo tanto, la ferrita intercrítica y la ferrita de transformación se pueden diferenciar observando una micrografía con un microscopio FEG-TEM usando electrones secundarios, después del grabado con metabisulfito. En tal micrografía, la ferrita intercrítica aparece en gris medio, mientras que la ferrita de transformación aparece en gris oscuro, debido a su mayor contenido de carbono y manganeso.
[0078] La estructura a la temperatura de templado QT puede comprender ferrita de transformación, sin embargo, con una fracción de como máximo 5 % y, en general, de como máximo 2 %.
[0079] Por tanto, la estructura del acero a la temperatura de templado generalmente consiste en:
- entre 2 % y 10 %, y preferentemente más de 5% de ferrita intercrítica,
- al menos 10 % de austenita retenida,
- al menos el 38 % de martensita,
- al menos el 15 % de bainita inferior, y
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
[0080] Además, cuando la velocidad de enfriamiento a la temperatura de templado QT es de al menos 50 °C/s, la estructura a la temperatura de templado QT no comprende ninguna ferrita de transformación. Por tanto, la estructura a la temperatura de templado QT consiste en, en fracción de área:
- entre 2 % y 10 %, y preferentemente más de 5% de ferrita intercrítica,
- al menos 10 % de austenita retenida,
- al menos 38 % de martensita, y
- al menos 15 % de bainita inferior.
- la lámina templada se mantiene opcionalmente a la temperatura de templado QT durante un tiempo de mantenimiento comprendido entre 2 s y 8 s, preferentemente entre 3 s y 7 s.
- la lámina se recalienta a continuación desde la temperatura de templado hasta una temperatura de partición PT comprendida entre 410 °C y 470 °C, y se mantiene a la temperatura de partición PT durante un tiempo de partición Pt comprendido entre 60 s y 130 s. Durante esta etapa de partición, el carbono se reparte, es decir, se difunde desde la martensita hacia la austenita, que se enriquece así en carbono.
[0081] Si la temperatura de partición PT es mayor de 470 °C o menor de 410 °C, el alargamiento del producto final no es satisfactorio.
[0082] Si el tiempo de partición es menor de 60 s, se produce una partición insuficiente de carbono de la martensita a la austenita, de modo que el contenido de carbono en la martensita será demasiado alto y el contenido de carbono en la austenita retenida demasiado bajo. Como resultado, el alargamiento del producto final no es satisfactorio.
- la lámina se recubre por inmersión en caliente justo después de la etapa de mantenimiento de la lámina a la temperatura de partición PT. El recubrimiento por inmersión en caliente puede ser, por ejemplo, galvanizado, pero todo recubrimiento por inmersión en caliente metálico es posible siempre que las temperaturas a las que se lleva la lámina durante el recubrimiento permanezcan por debajo de 480 °C. Cuando la lámina se galvaniza, se realiza con las condiciones habituales, por ejemplo, a través de un baño de Zn con una temperatura que oscila de entre 430 a 480 °C. El acero según la invención se puede galvanizar con Zn o con una aleación de Zn, como por ejemplo, cincmagnesio o cinc-magnesio-aluminio.
- inmediatamente después de la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente, la lámina recubierta se enfría a la temperatura ambiente, a una velocidad de enfriamiento preferentemente mayor de 1 °C/s, por ejemplo, entre 2 °C/s y 20 °C/s.
[0083] Este tratamiento térmico y recubrimiento permiten lograr una estructura final (es decir, después de la
partición, recubrimiento por inmersión en caliente y enfriamiento a la temperatura ambiente) que comprende, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
[0084] La martensita consiste en martensita particionada y martensita fresca. Entre 85 % y 95 % de la martensita es martensita particionada, el resto, es decir, entre 5 % y 15 %, es martensita fresca.
[0085] A diferencia de una martensita revenida que se lograría a través de un tratamiento térmico que implica recocido, templado y revenido, la martensita particionada del acero de la invención tiene un contenido de C de como máximo 0,45 %. Este contenido es resultado de la partición de carbono de la martensita hacia la austenita durante la etapa de partición.
[0086] Por el contrario, la martensita fresca, que es resultado de la transformación de austenita enriquecida en carbono en martensita después de la etapa de partición, tiene un contenido de C que es de al menos 0,9 %, y generalmente menor de 1,2 %.
[0087] La fracción de martensita fresca con respecto a la martensita está comprendida entre 5 % y 15 %, de modo que la fracción de martensita fresca con respecto a toda la estructura es de como máximo 10 %. De hecho, una fracción de martensita fresca mayor de 10 % conduciría a una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 menor de 30 %.
[0088] Una fracción de austenita retenida de al menos 10 %, junto con una fracción de ferrita intercrítica de al menos 2 %, permite obtener un alargamiento total de al menos 13 %, midiéndose el alargamiento total según la norma ISO 6892-1.
[0089] Además, este tratamiento permite obtener un mayor contenido de C en la austenita retenida, que es de al menos 1,0 % y hasta 1,3 %. Este mayor contenido de C estabiliza la austenita retenida y contribuye a lograr un alargamiento total de al menos 13 %.
[0090] La ferrita en la estructura es ferrita intercrítica, es decir, ferrita resultante del recocido a una temperatura menor de Ac3.
[0091] La fracción de ferrita intercrítica está comprendida preferentemente entre 5 % (excluyendo 5 %) y 10 %.
[0092] La lámina de acero recubierta según la invención puede comprender ferrita de transformación, con una fracción, sin embargo, de como máximo 5 %, generalmente de como máximo 2 %. Por tanto, la estructura de la lámina de acero recubierta según la invención consiste en:
- entre 45 % y 68 % de martensita,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior,
- como máximo 5 % y preferentemente como máximo 2 % de ferrita de transformación.
[0093] Preferentemente, la estructura no comprende ninguna ferrita de transformación.
[0094] Por tanto, la estructura de la lámina de acero recubierta consiste preferentemente en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
[0095] Estas características microestructurales se determinan, por ejemplo, mediante la observación de la microestructura con un microscopio electrónico de barrido con una pistola de emisión de campo ("FEG-SEM", por sus siglas en inglés) con un aumento mayor de 5000x, acoplado a un dispositivo de difracción de electrones por retrodispersión ("EBSD", por sus siglas en inglés) y a un microscopio electrónico de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés).
[0096] Con este tratamiento térmico, pueden obtenerse láminas de acero que tienen un límite elástico YS de
al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción TS de al menos 1180 MPa e incluso de al menos 1250 MPa, un alargamiento total TE según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %, e incluso mayor de 14 %, y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos 30 %, e incluso al menos 35 %.
[0097] El límite elástico YS puede ser mayor de 1000 MPa, especialmente si el tiempo de partición Pt es de al menos 110 s.
Ejemplo 1:
[0098] Como ejemplos y comparación, se han fabricado láminas hechas de composiciones de acero según la tabla I, expresándose los elementos en peso. Las temperaturas de transformación tales como Ac1 y Ac3 se reseñan en la tabla I. Ac1 y Ac3 se midieron por dilatometría.
Tabla I
[0099] En esta Tabla, "res." significa que el elemento solo está presente como un residuo, y que no se realizó ninguna adición voluntaria de este elemento.
[0100] Las láminas se laminaron en caliente, a continuación se enrollaron a 550 °C.
[0101] Los inventores valoraron primero el efecto del recocido por lotes sobre las propiedades de las láminas de acero laminadas en caliente.
[0102] Con ese fin, los inventores sometieron una lámina de acero laminada en caliente hecha de acero I1 a un recocido por lotes a una temperatura de 550 °C durante 2 días, y compararon las propiedades mecánicas de la lámina de acero recocida por lotes con las de la misma lámina de acero laminada en caliente no sometida a recocido por lotes.
[0103] Las propiedades mecánicas, a saber, el límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS, el alargamiento uniforme UE y el alargamiento total TE se reseñan en la Tabla II a continuación.
Tabla II
[0104] Estos resultados muestran que el recocido discontinuo da como resultado un reblandecimiento de la lámina de acero laminada en caliente, mejorando así su capacidad de laminación en frío.
[0105] Además, las láminas de acero laminadas en caliente hechas de aceros I1 y R1 se recocieron por lotes durante 2 días a 550 ° C, se decaparon y se laminaron en frío. Las láminas laminadas en frío se recocieron, templaron y particionaron. Después de la partición, las láminas se recubrieron por inmersión en caliente mediante galvanización a 460 °C y a continuación se enfriaron a temperatura ambiente.
[0106] Las condiciones de tratamiento se reseñan en la Tabla III.
Tabla III
[0107] En esta tabla, Ms designa la temperatura de inicio de la martensita de la austenita resultante del recocido, Ta es la temperatura de recocido, tA es el tiempo de recocido, Vc es la velocidad de enfriamiento promedio entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado, QT es la temperatura de templado, PT es la temperatura de partición y Pt es el tiempo de partición.
[0108] Las microestructuras obtenidas para las láminas se reseñan en la Tabla IV. F designa la fracción de área de ferrita, M designa la fracción de área de martensita, PM designa el porcentaje de martensita particionada en la martensita, RA designa la fracción de área de austenita retenida y B designa la fracción de área de bainita inferior. Para cada lámina de acero, la Tabla IV reseña si la fracción o el porcentaje de cada componente microestructural está comprendido dentro del rango diana.
Tabla IV
[0109] Además, se determinó la relación de ensanchamiento de orificios HER medida según la norma ISO 16630: 2009, el límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS, el alargamiento uniforme UE y el alargamiento total AT de cada lámina de acero. El límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS, el alargamiento uniforme UE y el alargamiento total TE se midieron según la norma ISO 6892-1, publicada en octubre de 2009. Las propiedades se reseñan en la Tabla V.
[0110] En esta tabla, n.d. significa que la propiedad no fue determinada.
[0111] Estos ejemplos muestran que, con un procedimiento según la invención, pueden obtenerse láminas de acero recubiertas que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa y un alargamiento total según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %. Estas láminas de acero también tienen un límite elástico de al menos 800 MPa y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos 30 %. Estas láminas de acero también tienen un alargamiento uniforme de al menos 9 %, y generalmente de más de 10 %.
Tabla V
[0112] La comparación de los ejemplos 3 y 4 muestra que solo cuando la temperatura de templado está comprendida entre Ms-60 °C y Ms-10 °C se logran las propiedades diana. Por el contrario, si la temperatura de templado QT es menor de Ms-60 °C (ejemplo 3), la fracción de martensita creada tras el templado es demasiado alta, de modo que no se pudo lograr una fracción de austenita suficiente. Como resultado, no se logra un alargamiento total de al menos 13 %.
[0113] La comparación de los ejemplos 4 y 5 muestra que solo cuando la temperatura de partición PT está
comprendida entre 410 °C y 470 °C se logran las propiedades diana. Por el contrario, si la temperatura de partición PT es menor de 410 °C (ejemplo 5), se produce una partición insuficiente de carbono de la martensita a la austenita, de modo que la austenita no está suficientemente estabilizada para asegurar un alargamiento total de al menos 13 %.
[0114] La comparación de los ejemplos 6 y 7 muestra que una disminución en la temperatura de recocido de 900 °C a 880 °C permite lograr un equilibrio mejorado de resistencia a la tracción y alargamiento total.
[0115] Los ejemplos 6, 8 y 9 demuestran que el procedimiento es muy robusto con variaciones del tiempo de recocido tA y el tiempo de partición Pt, que pueden deberse, por ejemplo, a variaciones de la velocidad de la línea. Por lo tanto, las propiedades mecánicas dian se logran con el procedimiento de la invención independientemente de las variaciones no deseadas de la línea de velocidad. Sin embargo, cabe señalar que los tiempos de partición Pt más largos conducen a un aumento en el límite elástico YS (ejemplo 10), debido a una reducción de la fracción de martensita fresca.
[0116] Con los ejemplos 10 a 12, los inventores investigaron la influencia de la velocidad de enfriamiento Vc durante el templado sobre las propiedades mecánicas.
[0117] Estos ejemplos muestran que cuando la velocidad de enfriamiento es mayor de 30 °C/s, se logran las propiedades diana. Por el contrario, si la velocidad de enfriamiento es de 30 °C/s o menos (ejemplo 13), se crea más de 5 % de ferrita al enfriarse y se obtiene una fracción insuficiente de martensita en QT. Como consecuencia, la estructura final comprende un porcentaje de martensita particionada insuficiente y comprende ferrita de transformación. Por lo tanto, no se alcanzan un límite elástico de al menos 800 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa.
[0118] Además, los ejemplos 10 y 11 demuestran que cuando la velocidad de enfriamiento es de al menos 50 °C/s, se logra un alargamiento total mayor de 14 %, y cuando la velocidad de enfriamiento Vc es de al menos 60 °C/s, se logra una resistencia a la tracción de al menos 1250 MPa y un alargamiento total de al menos 14 %.
[0119] El Ejemplo 13 muestra que cuando las temperaturas de recocido, templado y partición son demasiado bajas, no se logran las propiedades diana. Especialmente, debido a la baja temperatura de recocido, la fracción de ferrita intercrítica es mayor
de 10 %. Además, debido a las bajas temperaturas de templado y partición, la fracción de martensita creada tras el templado es demasiado alta, y se producía una partición insuficiente de carbono de esta martensita a la austenita durante la partición. Como resultado, no se logran una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa y un alargamiento total de al menos 13 %.
[0120] Los Ejemplos 14 y 15 están hechos de acero R1, que tiene en particular un contenido insuficiente de Al.
[0121] Además, los ejemplos 14 y 15 se produjeron con temperaturas de recocido y templado demasiado bajas.
[0122] Por tanto, los ejemplos 14 y 15 tienen un alargamiento total menor de 13 % y una relación de ensanchamiento de orificios menor de 30 %.
[0123] Una micrografía de la microestructura del ejemplo 11 se muestra en la figura adjunta. En esta Figura, F designa la ferrita intercrítica, B designa la bainita inferior, PM designa la martensita particionada, FM designa la martensita fresca y RA designa la austenita retenida.
Ejemplo 2:
[0124] Se han fabricado láminas hechas de composiciones de aceros según la tabla VI, expresándose los elementos en peso. Las temperaturas de transformación tales como Ac1 y Ac3 se reseñan en la tabla I. Ac1 y Ac3 se midieron por dilatometría. En la Tabla VI, el acero I1 es el mismo acero que en la Tabla I.
Tabla VI
[0125] En esta Tabla, "res." significa que el elemento solo está presente como un residuo, y que no se realizó ninguna adición voluntaria de este elemento.
[0126] Las láminas se laminaron en caliente, a continuación se enrollaron a 550 °C. Las láminas de acero laminadas en caliente hechas de aceros I1 y R2 se recocieron por lotes durante 2 días a 550 ° C, se decaparon y se laminaron en frío hasta un espesor de 1,6 mm.
[0127] Las láminas laminadas en frío se recocieron, templaron y particionaron. Después de la partición, las láminas se recubrieron por inmersión en caliente mediante galvanización a 460 °C y a continuación se enfriaron a temperatura ambiente.
[0128] Las condiciones de tratamiento se reseñan en la Tabla VII.
Tabla VII
[0129] En esta tabla, Ms designa la temperatura de inicio de la martensita de la austenita resultante del recocido, Ta es la temperatura de recocido, tA es el tiempo de recocido, Vc es la velocidad de enfriamiento promedio entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado, QT es la temperatura de templado, PT es la temperatura de partición y Pt es el tiempo de partición. El Ejemplo 16 corresponde al ejemplo 6 descrito anteriormente.
[0130] Las microestructuras obtenidas para las láminas se reseñan en la Tabla VIII. F designa la fracción de área de ferrita, M designa la fracción de área de martensita, PM designa el porcentaje de martensita particionada en la martensita, RA designa la fracción de área de austenita retenida y B designa la fracción de área de bainita inferior.
Tabla VIII
[0131] Además, se determinó la relación de ensanchamiento de orificios HER medida según la norma ISO 16630: 2009, el límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS, el alargamiento uniforme UE y el alargamiento total AT de cada lámina de acero. El límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS, el alargamiento uniforme UE y el alargamiento total TE se midieron según la norma ISO 6892-1, publicada en octubre de 2009. Las microestructuras se reseñan en la Tabla IX.
[0132] En esta tabla, n.d. significa que la propiedad no fue determinada.
Tabla IX
[0133] Las láminas de acero hechas de aceros I1 o R2 (ejemplos 16 y 17) se han soldado por puntos de resistencia bajo corriente alterna de 60 Hz y una fuerza de electrodo de 4,5 kN en diferentes condiciones según la Tabla X. Los electrodos se colocan perpendicularmente a las láminas de acero.
- al aplicar diferentes valores de intensidad, es posible determinar el intervalo de soldadura adecuado definido por
Imín, que es la intensidad mínima por encima de la cual se observa un fallo de extracción cuando la soldadura por puntos de resistencia se somete a una prueba de cizallamiento por tracción, e Imáx, que es la intensidad a la que comienza a observarse la expulsión de metal líquido en la soldadura por puntos de resistencia. La selección de la intensidad en condiciones industriales a menudo se realiza alrededor de este último valor, ya que corresponde a un gran diámetro de pepita de soldadura que permite obtener altas propiedades de tracción de la soldadura. En el presente caso, la soldadura se ha realizado en Imáx y ligeramente por encima en el dominio de expulsión, es decir, Imáx 10 %. Aunque la soldadura con intensidad comprendida entre Imáx e Imáx 10 % aumenta la susceptibilidad a LME, esta condición se puede encontrar en algunos casos en la práctica industrial.
- Los parámetros de soldadura son:
- diámetro de la punta del electrodo: 6 mm,
- fuerza de soldadura: 4,5 kN,
-tiempo de soldadura: 380 ms,
-tiempo de enfriamiento: 0 ms,
- tiempo de mantenimiento: 300 ms.
- Al soldar dos o tres láminas entre sí y crear una configuración de apilamiento, la sensibilidad al agrietamiento por LME es mayor con un mayor espesor de apilamiento. Especialmente, para producir apilamientos de dos capas, las láminas 16 y 17 se soldaron a un acero DP980 galvanizado, que tiene la siguiente composición: 0,1C-2,2Mn-0,3Si-0,3Mo-0,2Cr-0,01Nb-0,03Ti-0,001B, y que tiene un espesor de 1,6 mm. Para producir apilamientos de tres capas, las láminas 16 y 17 se soldaron a dos láminas galvanizadas hechas de un acero de embutición extra profundo (con una resistencia a la tracción de 270 MPa), cada una con un espesor de 1,5 mm. Estos otros aceros se eligen porque su soldadura por puntos necesita un nivel de corriente mayor para obtener soldaduras adecuadas que los aceros de la invención, que tienen una resistencia a la tracción mayor de 1180 MPa. Este alto nivel de corriente induce una alta entrada de calor y, por consiguiente, induce más grietas por LME durante la soldadura de aceros de alta resistencia. Por tanto, se incrementa el rigor de las condiciones de soldadura. La Tabla X reseña el espesor total de los apilamientos. En estos apilamientos, la soldadura se realiza de tal manera que la lámina de acero que tiene una resistencia a la tracción mayor de 1180 MPa (láminas de acero del ejemplo 16 o ejemplo 17) tenga una superficie en contacto con un electrodo de soldadura. Las grietas eventuales son más propensas a producirse en la zona de hendidura creada por el electrodo de soldadura en la superficie de la lámina.
Tabla X
[0134] La observación y la cuantificación de las grietas debidas a LME se han realizado en las siguientes condiciones: después del seccionamiento transversal y el pulido fino de 20 soldaduras por puntos, diez de las cuales se soldaron con I= Imáx y las otras diez se soldaron con I= Imáx+10 %, las secciones de soldadura se han observado a través de un microscopio óptico con un aumento entre 10 y 1000, por ejemplo, 200. Se midió el número de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros para cada soldadura por puntos, y el número medio de grietas por LME más profundas de 100 μm por soldadura por puntos se ha calculado a lo largo cada serie de 10 soldaduras por puntos. Además, para cada serie de 10 soldaduras por puntos producidas en las mismas condiciones, se ha determinado el tamaño máximo de grieta mayor de 100 mm.
[0135] Para apilamientos de dos capas, se obtiene una alta resistencia al agrietamiento por LME cuando el número promedio de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros es menor de 0,1 en el caso de soldadura con I= Imáx o Imáx+10 %.
[0136] Para apilamientos de tres capas, se obtiene una alta resistencia al agrietamiento por LME cuando el número promedio de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros es menor de 2 en el caso de soldadura con I = Imáx o cuando el número medio de grietas es menor de 4, en el caso de soldadura con Imáx+10 %.
[0137] La Tabla XI muestra la intensidad Imáx, el número promedio de grietas por LME determinado en las condiciones de soldadura de Imáx o Imáx+10 % y el tamaño máximo de las grietas que tienen un tamaño mayor de 100 mm.
Tabla XI
[0138] En esta Tabla, 16a designa láminas de acero 16 soldadas en condiciones a. Lo mismo se aplica para el ejemplo 17a (lámina 17 soldada bajo la condición a), y por analogía a los ejemplos 16b y 17b.
[0139] Con respecto a la soldabilidad por puntos, y como se muestra en el ejemplo 2 anterior, las láminas según la invención tienen una baja sensibilidad a LME. Esto significa que con dichos aceros es posible producir estructuras que comprendan soldaduras por puntos de resistencia, tales como carrocerías para automóviles, para las cuales la probabilidad del número de grietas en las soldaduras por puntos de resistencia es tal que el valor medio es menor de 6 grietas por soldadura por puntos de resistencia, y la probabilidad de tener menos de 10 grietas es de 98 %.
[0140] Además, como se muestra en el ejemplo anterior, el número de grietas con un tamaño mayor de 100 micras se reduce considerablemente en comparación con las láminas de acero del estado de la técnica.
[0141] En particular, se puede producir una estructura soldada, incluyendo soldaduras por puntos de resistencia, de al menos dos láminas de acero, produciendo una primera lámina de acero mediante un procedimiento según la invención, por ejemplo, recubierta con Zn o una aleación de Zn, proporcionando una segunda lámina de acero con una composición tal que C+Si/10 < 0,30 % y Al > 6(C+Mn/10) - 2,5 %, y soldando por puntos de resistencia la primera lámina de acero a la segunda lámina de acero. La segunda lámina de acero puede producirse, por ejemplo, mediante un procedimiento según la invención, y puede recubrirse con Zn o una aleación de Zn.
[0142] Por tanto, se obtiene una estructura soldada que tiene una baja sensibilidad a LME. Por ejemplo, para una estructura soldada de este tipo que comprende al menos diez soldaduras por puntos de resistencia, el número medio de grietas por soldadura por puntos de resistencia es menor de 6.
[0143] Por ejemplo, la estructura soldada puede producirse proporcionando la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero, superponiendo parcialmente la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero, aplicando un esfuerzo comprendido entre 3,5 y 5 kN por medio de electrodos colocados perpendiculares a las láminas superpuestas y soldando por puntos de resistencia las láminas de acero primera y segunda para producir al menos 10 soldaduras por puntos de resistencia, con una intensidad comprendida entre Imáx y 1,1*Imáx, siendo Imáx la intensidad a la que comienza a observarse la expulsión de metal líquido en la soldadura por puntos de resistencia de dicha primera lámina de acero recubierta a dicha segunda lámina de acero.
[0144] Especialmente, si la estructura soldada es una estructura soldada de solo dos láminas (primera y segunda láminas de acero), incluso si las láminas de acero se sueldan en condiciones rigurosas, especialmente con una intensidad comprendida entre Imáx e Imáx+10 %, el número promedio de grietas en las soldaduras por puntos de resistencia que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros es menor de 0,1. En general, en las diez soldaduras por puntos de resistencia, ninguna comprende una grieta que tenga una profundidad mayor de 100 micrómetros.
[0145] Si la estructura soldada es una estructura soldada de tres láminas, la tercera lámina tiene una composición tal que C+Si/10 < 0,30 % y Al > 6(C+Mn/10) - 2,5 %, incluso si las láminas de acero se sueldan en condiciones rigurosas, especialmente con una intensidad comprendida entre Imáx e Imáx+10 %, el número promedio de grietas en las soldaduras por puntos de resistencia que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros es menor de 4. Especialmente, si la intensidad es igual a Imáx, el número promedio de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros es menor que 2.
[0146] Las láminas de acero opcionalmente soldadas por soldadura por puntos de resistencia según la invención se usan provechosamente para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor, ya que ofrecen una alta conformabilidad durante el procedimiento de fabricación y una alta absorción de energía en caso de colisión. Las soldaduras por puntos de resistencia según la invención también se usan provechosamente para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor, ya que el inicio y la propagación eventuales de grietas situadas en las zonas soldadas se reducen mucho.
Claims (26)
1. Un procedimiento de producción de una lámina de acero que tiene un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, un alargamiento total según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %, y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos 30 %, en el que el procedimiento comprende las siguientes etapas sucesivas:
- proporcionar una lámina de acero laminada en frío hecha de un acero que tiene una composición química que contiene en % en peso:
0,15% £C £ 0,23%
1,4 % s M n í 2,6%.
0,6% £ Si £ 1,3%
con
C+Si/10 £ 0,30%,
0,4% £ Al £ 1,0%.
con
Al & 6(C+Mn/10) - 2,5%,
0,010% £Nb£ 0,035%.
0,1% £ Mo £ 0,5%,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables,
- recocer la lámina de acero laminada en frío a una temperatura de recocido Ta comprendida entre 860 °C y 900 °C, siendo la temperatura de recocido menor de Ac3, para obtener una lámina de acero recocido que tiene una estructura que consiste en al menos 90 % de austenita y al menos 2 % de ferrita intercrítica,
- templar la lámina de acero recocida desde la temperatura de recocido Ta hasta una temperatura de templado QT comprendida entre Ms-10 °C y Ms-60 °C a una velocidad de enfriamiento promedio Vc mayor de 30 °C/s, para obtener una lámina templada,
- calentar la lámina templada desde la temperatura de templado QT hasta una temperatura de partición PT comprendida entre 410 °C y 470 °C, y mantener la lámina a la temperatura de partición PT durante un tiempo de partición Pt comprendido entre 60 s y 130 s,
- recubrir por inmersión en caliente la lámina de acero en un baño,
- enfriar la lámina de acero hasta temperatura ambiente, para obtener una lámina de acero recubierta que tiene una microestructura que comprende, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde la lámina templada tiene, justo antes del calentamiento a la temperatura de partición TP, una estructura que consiste, en fracción de área:
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- al menos 10 % de austenita retenida,
- al menos 38 % de martensita, y
- al menos 15 % de bainita inferior
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde la etapa de proporcionar la lámina de acero laminada en frío comprende:
- laminar en caliente un semiproducto hecho de dicho acero para obtener una lámina de acero laminada en caliente, - enrollar dicha lámina de acero laminada en caliente a una temperatura Tc comprendida entre 400 °C y 750 °C, - realizar un recocido por lotes a una temperatura Thba comprendida entre 500 °C y 700 °C durante un tiempo comprendido entre 2 y 6 días,
- laminar en frío dicha lámina de acero laminada en caliente para obtener dicha lámina de acero laminada en frío.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la lámina de acero laminada en frío se mantiene a la temperatura de recocido Ta durante un tiempo de recocido tA comprendido entre 80 s y 180 s.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la temperatura de recocido Ta es como máximo 880 °C, para obtener tras el recocido una lámina de acero recocida que tiene una estructura que consiste en al menos 90 % de austenita y más de 5 % de ferrita intercrítica, y en el que la microestructura de la lámina de acero recubierta comprende más de 5 % de ferrita intercrítica.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la velocidad de enfriamiento promedio Vc entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado QT es de al menos 50 °C/s, en el que la microestructura de la lámina de acero recubierta consiste en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior,
teniendo la lámina de acero recubierta un alargamiento total de al menos 14 %.
7. El procedimiento según la reivindicación 6, donde la velocidad de enfriamiento promedio Vc entre la temperatura de recocido Ta y la temperatura de templado QT es de al menos 60 °C/s, el alargamiento total es de al menos 14 % y la resistencia a la tracción es de al menos 1250 MPa.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde 0,6 % < Si < 1,0 % y 0,7 % < Al < 1,0 %.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde 0,17 % < C < 0,21 %.
10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde 1,9 % < Mn <2,3 %.
11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la lámina de acero está recubierta con Zn o una aleación de Zn.
12. Un proceso de producción de una soldadura por puntos de resistencia de al menos dos láminas de acero, comprendiendo dicho proceso:
- producir una primera lámina de acero recubierta mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
- proporcionar una segunda lámina de acero producida mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,
- soldar por puntos de resistencia dicha primera lámina de acero recubierta a dicha segunda lámina de acero.
13. Una lámina de acero recubierta hecha de acero que tiene una composición química que contiene, en % en peso:
0,15% sC s 0,23%
1,4 % sMns 2,6%.
0,6% i Si i 1,3%
con
C+Si/1020,30%,
0,4% s Al s 1,0%,
con
Al 26(C+Mn/10) - 2,5%,
0,010% sN bs 0,035%.
0,1% < Mo < 0,5%,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables,
teniendo dicha lámina de acero recubierta una microestructura que comprende, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
14. La lámina de acero recubierta según la reivindicación 13, donde la austenita retenida tiene un contenido promedio de C comprendido entre 1,0 % y 1,3 %.
15. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, donde la microestructura de la lámina de acero recubierta comprende más de 5 % de ferrita intercrítica.
16. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, donde 0,6 % < Si < 1,0 % y 0,7 % < Al <1,0 %.
17. Lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, donde 0,17 % < C < 0,21 %.
18. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, donde 1,9 % < Mn < 2,3 %.
19. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, que tiene un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, un alargamiento total según la norma ISO 6892-1 de al menos 13 %, y una relación de ensanchamiento de orificios HER según la norma ISO 16630 2009 de al menos 30 %.
20. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, donde la lámina de acero recubierta está recubierta con Zn o una aleación de Zn, siendo el recubrimiento resultado de un recubrimiento a una temperatura menor de 480 °C.
21. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, donde la microestructura consiste en, en fracción de área:
entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior
- como máximo 5 % de ferrita de transformación.
22. La lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 21, donde la microestructura consiste en, en fracción de área:
- entre 45 % y 68 % de martensita, consistiendo la martensita en martensita particionada y martensita fresca, siendo, entre 85 % y 95 % de la martensita, martensita particionada, teniendo dicha martensita particionada un contenido de C de como máximo 0,45 %,
- entre 10 % y 15 % de austenita retenida,
- entre 2 % y 10 % de ferrita intercrítica,
- entre 20 % y 30 % de bainita inferior.
23. Estructura soldada que comprende al menos diez soldaduras por puntos de resistencia de una primera lámina de acero y una segunda lámina de acero, en la que la primera lámina de acero es una lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 22, y la segunda lámina de acero es una lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 22, y donde el número medio de grietas por soldadura por puntos de resistencia es menor de 6.
24. Estructura soldada según la reivindicación 23, donde la estructura soldada es una estructura soldada de dos láminas, que consiste en la primera lámina de acero y la segunda lámina de acero, y el número promedio de grietas que tienen una profundidad mayor de 100 micrómetros en las al menos diez soldaduras por puntos de resistencia es menor de 0,1.
25. Uso de una lámina de acero recubierta producida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, o de una lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 22, para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor.
26. Uso de una soldadura por puntos de resistencia fabricada según la reivindicación 12, o de una estructura soldada según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 24, para la fabricación de piezas estructurales en vehículos de motor.
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