ES2958809T3 - Lámina de acero laminada en caliente con alto índice de expansión de orificios y procedimiento de fabricación de la misma - Google Patents

Lámina de acero laminada en caliente con alto índice de expansión de orificios y procedimiento de fabricación de la misma Download PDF

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Abstract

Una lámina de acero laminada en caliente que tiene una composición química que comprende, en % en peso: 0,15% <= C <= 0,20%, 0,50% <= Mn <= 2,00%, 0,25% <= Si <= 1,25%, 0,10% <= Al <= 1,00%, con 1,00% <= (Al+Si) <= 2,00%, 0,001% <= Cr <= 0,250%, P <=0,02%, S <= 0,005%, N <= 0,008%, y opcionalmente uno o más elementos entre: 0,005% <= Mo <= 0,250%, 0,005 % <= V <= 0,250%, 0,0001% <= Ca <= 0,003% y 0,001% <= Ti <= 0,025%, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y donde la microestructura comprende en fracción superficial ferrita y bainita, siendo la suma mayor superior al 5% y estrictamente inferior al 20%, consistiendo el resto en martensita templada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Lámina de acero laminada en caliente con alto índice de expansión de orificios y procedimiento de fabricación de la misma
[0001] La presente invención se refiere a una lámina de acero laminada en caliente, que tiene un límite elástico comprendido entre 780 MPa y 1000 MPa, una resistencia a la tracción comprendida entre 950 MPa y 1150 MPa, preferentemente entre 980 MPa y 1150 MPa, y una relación de expansión de orificios superior al 45 %, que se puede utilizar para la fabricación de piezas estructurales de vehículos automotores.
[0002] Disminuir el peso de los vehículos para reducir las emisiones de CO2 es un desafío importante en la industria automotriz. Este ahorro de peso debe ir acompañado de requisitos de seguridad. La industria siderúrgica desarrolla continuamente nuevos aceros de alta resistencia para cumplir con estos requisitos. A medida que aumenta el uso de aceros de alta resistencia en aplicaciones automotrices, hay una creciente demanda de aceros que tienen una mayor resistencia y una mejora en el rendimiento de la expansión de los orificios. Por tanto, se han propuesto varias familias de aceros que ofrecen diversos niveles de resistencia.
[0003] La publicación EP1138796 describe una lámina de acero laminada en caliente con una resistencia a la tracción superior a 1000 MPa, utilizable para piezas de automóviles. La fabricación de esta lámina de acero laminada en caliente necesita elementos de aleación costosos obligatorios como el molibdeno que, debido a su efecto de endurecimiento, permite obtener una estructura completamente bainítica y altas propiedades mecánicas, y vanadio que permite obtener nitruros y carburos finos y un alto nivel de propiedades mecánicas de tracción.
[0004] En la publicación WO2018108653, se produce una lámina de acero plano laminado en caliente con una resistencia a la tracción de 800 - 1500 MPa, un límite elástico de más de 700 MPa, un alargamiento del 7-25 % y un valor de expansión de orificios de más del 20 %. Esta lámina de acero laminada en caliente martensítica se produce por medio del denominado procedimiento de templado y partición donde la lámina de acero se enfría primero en un intervalo donde la transformación martensítica es incompleta. A continuación, la lámina de acero se recalienta en un intervalo de temperatura donde el carbono se divide, es decir, se difunde desde la martensita y enriquece la austenita para estabilizarla. La lámina de acero se enfría a continuación a la temperatura ambiente. Por lo tanto, la lámina de acero final contiene martensita particionada, martensita fresca y austenita retenida. Sin embargo, la implementación de dicho procedimiento requiere un dispositivo y una línea de producción específicos.
[0005] La publicación WO2012130434 describe un tratamiento térmico que es variable a lo largo del ancho de una lámina recubierta que tiene una microestructura de doble fase o martensítica, de modo que se obtenga una lámina metálica con propiedades mecánicas adaptadas sobre el ancho de la tira metálica. Sin embargo, este procedimiento necesita equipos de producción específicos y dedicados. Además, los tratamientos térmicos localizados pueden crear tensiones residuales y problemas de planicidad. El documento WO2018115935 describe un acero templado y laminado en caliente que comprende 4-20 % de austenita residual, 0-15 % de ferrita, 40-85 % de bainita y un mínimo de 5 % de martensita templada, donde las cantidades acumuladas de martensita templada y austenita residual están entre 10 y 30 %. El acero se utiliza para fabricar piezas de vehículos.
[0006] Un objeto de la invención es proporcionar una lámina de acero laminada en caliente de alta resistencia sin la necesidad de una gran cantidad de adiciones de elementos costosos.
[0007] Otro objeto de esta invención es fabricar una lámina de acero laminada en caliente utilizando una línea de producción convencional y sin aumentar el coste de fabricación.
[0008] Por lo tanto, la invención tiene como objetivo proporcionar un acero plano de alta resistencia laminado en caliente con un límite elástico comprendido entre 780 MPa y 1000 MPa, una resistencia a la tracción TS comprendida entre 950 MPa y 1150 MPa, preferentemente entre 980 MPa y 1150 MPa, un alargamiento total superior al 8 % y una relación de expansión HER superior al 45 %.
[0009] Otro objeto de la invención es proporcionar una lámina de acero que tenga una alta resistencia a la iniciación y propagación de grietas, lo que hace posible evitar cualquier fractura frágil de las partes fabricadas a partir de la lámina de acero. Con este fin, la invención tiene como objetivo proporcionar una lámina de acero plana laminada en caliente con una energía de fractura Charpy V superior a 50 J/cm2 a 20 °C.
[0010] La presente invención se refiere a una lámina de acero laminada en caliente con una composición química que comprende, en % en peso 0,15 % ≤ C ≤ 0,20 %, 0,50 % ≤ Mn ≤ 2,00 %, 0,25 % ≤ Si ≤ 1,25 %, 0,10 % ≤ Al ≤ 1,00 %, con 1,00 ≤ (Al Si) ≤ 2,00, 0,001 % ≤ Cr ≤ 0,250 %, P ≤ 0,02 %, S ≤ 0,005, N ≤ 0,008 % y opcionalmente uno o más elementos entre: 0,005 % ≤ Mo ≤ 0,250 %, 0,005 % ≤ V ≤ 0,250 %, 0,0001 % ≤ Ca ≤ 0,0030 % y 0,001 % ≤ Ti ≤ 0,025 % siendo el resto hierro e impurezas inevitables, y donde la microestructura comprende en fracción superficial, ferrita y bainita, cuya suma es mayor que 5 % y estrictamente menor que 20 %, el resto que consiste en martensita templada. En una realización preferida, el contenido de silicio está comprendido entre 0,40 % y 0,90 %.
[0011] En otra realización preferida, el contenido de aluminio está comprendido entre 0,30%y 0,90 %.
[0012] En otra realización preferida, la suma del contenido de aluminio y silicio está entre el 1,20 % y el 2,00 %.
[0013] La lámina de acero laminada en caliente de la invención tiene el límite elástico YS comprendido entre 780 MPa y 1000 MPa y la resistencia a la tracción TS entre 950 MPa y 1150 MPa, preferentemente entre 980 MPa y 1150 MPa. Según la invención, el alargamiento total del acero es superior al 8 %. Según la invención, el valor de expansión de orificios del acero es superior al 45 %.
[0014] Según la invención, la energía Charpy V del acero es superior a 50 J/cm2 a 20 °C.
[0015] El espesor de la lámina de acero de la invención está comprendido, por ejemplo, entre 1,8 y 4,5 mm, preferentemente entre 1,8 y 3,5mm.
[0016] De acuerdo con la invención, la lámina de acero laminada en caliente comprende una capa de ferrita en la superficie con un espesor inferior al 5 % del espesor de dicha lámina de acero laminada en caliente.
[0017] Según la invención, la lámina de acero laminada en caliente se recubre con una aleación de zinc o a base de zinc.
[0018] En una primera realización, el recubrimiento a base de zinc comprende de 0,01 a 8,0 % en peso de Al, opcionalmente de 0,2 a 8,0 % en peso de Mg, siendo el resto Zn.
[0019] En una segunda realización, el recubrimiento a base de zinc comprende entre 0,15 y 0,40 % en peso de Al, siendo el resto Zn.
[0020] La presente invención proporciona un procedimiento para producir la lámina de acero laminada en caliente, que comprende las siguientes y sucesivas etapas:
- proporcionar un semiproducto de acero con la composición mencionada anteriormente, a continuación
- laminar en caliente dicho semiproducto de acero con una temperatura de laminación final comprendida entre 875 °C y 950 °C, para obtener
una lámina de acero, a continuación
- enfriar dicha lámina de acero a una velocidad de enfriamiento Vr1 superior a 50 °C/s, para obtener una lámina de acero enfriada, a continuación
- bobinar a una temperatura Tbobina por debajo de 160 °C, y por debajo de Mf, para obtener una lámina de acero bobinada, a continuación
- el tratamiento térmico de dicha lámina bobinada a una temperatura de tratamiento térmico θA durante un tiempo tA, siendo θA y tA tales que P<a>= θA (22+ log-iü tA), está comprendido entre 15400 y 17500, θA se expresa en K, tA se expresa en horas.
[0021] En una primera realización de la invención, la etapa de tratamiento térmico del procedimiento de fabricación se realiza mediante tratamiento por lotes en una atmósfera inerte o HNX, a una temperatura de tratamiento térmico θA comprendida entre 400 °C y 475 °C, la duración tA a dicha temperatura de tratamiento térmico está comprendida entre 10 y 25 h.
[0022] En una segunda realización de la invención, dicha etapa de tratamiento térmico se realiza en una línea de recocido continuo, a una temperatura de tratamiento térmico 0a comprendida entre 500 °C y 600 °C, la duración tA a dicha temperatura de tratamiento térmico está comprendida entre 40 s y 100 s, preferiblemente entre 50 s y 100 s.
[0023] En una realización preferida de la invención, el parámetro P<a>está en el intervalo de 15500 y 17000.
[0024] El procedimiento de fabricación comprende además una etapa de decapado después de dicha etapa de bobinado y antes del tratamiento térmico.
[0025] El procedimiento de fabricación comprende además una etapa de decapado después de dicho tratamiento térmico.
[0026] En una primera realización del esquema de enfriamiento de la invención, el enfriamiento se realiza mediante enfriamiento con agua a una velocidad de enfriamiento Vr1 superior a 75 °C/s.
[0027] En un segundo esquema de enfriamiento, se realiza el enfriamiento a la velocidad de enfriamiento Vr1, hasta alcanzar una temperatura intermedia Ti, comprendida entre 500 y 550 °C, a continuación, a partir de Ti, - se realiza un enfriamiento adicional por aire durante un tiempo t2 durante 1 a 5 segundos, a continuación
- la lámina se enfría a una velocidad de enfriamiento Vr2 superior a 40 °C/s.
[0028] En una realización preferida de la invención, dicho enfriamiento por aire se realiza durante una duración t2 durante 2 a 3 segundos.
[0029] La lámina de acero según la invención se puede utilizar para la fabricación de piezas estructurales de vehículos automóviles.
[0030] La invención se describirá ahora con más detalle, pero sin introducir limitaciones, con referencia a las figuras adjuntas:
- La Figura 1 ilustra, para una composición de acero según la invención, la evolución de la relación de expansión de orificios HER en función del parámetro de tratamiento térmico Pa = 0a (22+ log-io tA).
- La Figura 2 ilustra, para una composición de acero según la invención, la evolución de la resistencia a la tracción en función del parámetro P<a>.
- La Figura 3 ilustra un ejemplo de microestructura de una lámina de acero laminada en caliente según la invención. - La Figura 4 ilustra un ejemplo de microestructura de una lámina de acero laminada en caliente que no corresponde a la invención.
- La Figura 5 ilustra la microestructura de una realización según la invención, en la que la lámina de acero contiene una capa de ferrita en su superficie.
[0031] En la siguiente descripción de la invención, el límite elástico YS, la resistencia a la tracción TS y el alargamiento total de la lámina de acero se refieren a la norma JIS Z2241. La relación de expansión de orificios HER se refiere a la norma ISO 16630:2009. Para alcanzar las características microestructurales y mecánicas deseadas, la composición química y los parámetros del procedimiento son de importancia significativa. La composición del acero, expresada en porcentaje en peso, es la siguiente:
- 0,15 % ≤ C ≤ 0,20 %: si el contenido de carbono es inferior a 0,15 %, es posible que no se alcance la resistencia a la tracción de 950 MPa. Si el contenido de carbono es superior a 0,20 %, el límite elástico y la resistencia a la tracción pueden superar 1000 MPa y 1150 MPa, respectivamente, y el alargamiento total puede ser inferior a 8 %.
- 0,50 % ≤ Mn ≤ 2,00 %: cuando el contenido de manganeso es inferior al 0,50 %, la templabilidad del acero se reduce y la suma de las fracciones de superficie de ferrita y bainita no puede ser estrictamente inferior al 20 %, por lo que la resistencia a la tracción puede ser inferior a 950 MPa. Si el contenido de manganeso es superior al 2,00 %, el riesgo de segregación central aumenta en detrimento del límite elástico, de la resistencia a la tracción y del valor de dilatación del agujero.
- 0,25 % ≤ Si ≤ 1,25 %: El silicio es un elemento utilizado para la desoxidación en la etapa líquida y para lograr el endurecimiento de la solución. Si el contenido de Si es inferior al 0,25 %, se reduce la templabilidad del acero. Sin embargo, si Si excede 1,25 %, la cinética de formación de carburos se reduce. Por lo tanto, el contenido de ferrita puede ser superior al 20 %, y la resistencia a la tracción puede ser inferior a 950 MPa. En una realización preferida, el contenido de silicio está comprendido entre 0,40 % y 0,90 %.
- 0,10 % ≤ Al ≤ 1,00 %: la adición de aluminio contribuye a una desoxidación eficiente en la etapa líquida y favorece la estabilización de la ferrita. Si el contenido de aluminio es inferior a 0,10 %, la suma de las fracciones de superficie de ferrita y bainita de la lámina laminada en caliente puede ser inferior a 5 % y, por lo tanto, el alargamiento total de la lámina puede ser inferior a 8 %. Más allá de 1,00 %, se puede formar demasiada ferrita al enfriarse, por lo que es posible que no se logren los niveles de elasticidad y resistencia a la tracción solicitados en la invención. En una realización preferida, el contenido de aluminio está comprendido entre 0,30 % y 0,90 %.
-1,00 ≤ Al+Si ≤ 2,00: cuando la suma de los contenidos de silicio y aluminio está comprendida entre 1,00 % y 2,00 %, esto permite obtener una microestructura que contiene más del 5 % y menos del 20 % de ferrita y bainita, obteniendo así una mayor ductilidad y alargamiento. En una realización preferida, la suma de los contenidos de silicio y aluminio está comprendida entre 1,20 % y 2,00 %, para promover la formación de una capa de ferrita en las superficies principales de la lámina de acero. La capa de ferrita permite obtener el radio de flexión dividido por el espesor de la lámina inferior a 1 en la dirección de laminación e inferior a 1,5 en la dirección transversal.
- P ≤ 0,02 %: Si el contenido de fósforo supera el 0,02 %, puede producirse segregación en el límite de grano y puede reducirse el alargamiento de la lámina de acero. Además, en una cantidad tan alta, el fósforo puede causar fragilidad por revenido cuando la lámina de acero bobinada se somete a un tratamiento térmico adicional. Preferentemente, el contenido de fósforo es superior a 0,0005 %, ya que lograr un contenido de fósforo a un nivel inferior es costoso en el taller de fabricación de acero, sin el correspondiente beneficio significativo con respecto a las propiedades mecánicas. - S ≤ 0,005 %: El contenido de azufre está limitado a 0,005 % para reducir la formación de sulfuros que son perjudiciales con respecto a la ductilidad de la lámina. Preferentemente, el contenido de azufre es superior a 0,0005 %, ya que lograr un nivel inferior durante la fabricación de acero es muy costoso, sin el correspondiente beneficio significativo con respecto a las propiedades mecánicas.
- N ≤ 0,008 %: Si el contenido de nitrógeno supera el 0,008 %, ciertos elementos pueden precipitar en el líquido o en el estado sólido en forma de nitruros o carbonitruros. Deben evitarse precipitados gruesos ya que reducen la ductilidad de la lámina de acero laminada en caliente. Preferentemente, el contenido de nitrógeno es superior a 0,001 %. Sin embargo, reducir el nitrógeno a un contenido inferior al 0,001 % es costoso y no aporta una mejora significativa de las propiedades mecánicas.
- 0,001 % ≤ Cr ≤ 0,250 %: El cromo mejora la templabilidad. Si el contenido de Cr es inferior al 0,001 %, no se obtiene la templabilidad. Si el Cr supera el 0,250 %, aumenta el riesgo de macro y micro segregación y, por lo tanto, la resistencia a la tracción puede ser inferior a 950 MPa.
- 0,005 % ≤ Mo ≤ 0,250 %: El molibdeno se puede añadir como un elemento opcional con el fin de aumentar la templabilidad, es decir, haciendo posible obtener más fácilmente la formación de martensita al enfriarse. Por debajo del 0,005 %, no se consigue dicho efecto eficaz. Sin embargo, como el molibdeno es un elemento costoso, su contenido se limita al 0,250 %, de modo que la fabricación de la lámina de acero es rentable.
- 0,005 % ≤ V ≤ 0,250 %: El vanadio, como elemento opcional, permite obtener una lámina de acero con una alta tenacidad después del tratamiento térmico por lotes. Sin embargo, la adición por encima del 0,250 % no es rentable. - 0,0001 % ≤ Ca ≤ 0,0030 %: El calcio también se puede añadir como un elemento opcional. La adición de Ca en la etapa líquida permite crear óxidos u oxisulfuros finos. Estas partículas actúan como nucleantes para una posterior precipitación fina de nitruros/carbonitruros de titanio. La reducción en el tamaño de los carbonitruros permite lograr una mejor capacidad de expansión de orificios.
- 0,001 % ≤ Ti ≤ 0,025 %: El titanio también se puede añadir como un elemento opcional: cuando el titanio es superior al 0,025 %, es propenso a precipitar en la fase líquida en forma de nitruros de titanio gruesos que reducen la ductilidad de la lámina. Sin embargo, reducir el titanio a un nivel inferior al 0,001 % es difícil en la etapa industrial y no aporta ningún efecto complementario sobre las propiedades mecánicas.
[0032] El resto de la composición es hierro e impurezas inevitables resultantes de la fundición.
[0033] A continuación, se detallará la microestructura de la lámina de acero laminada en caliente según la invención.
[0034] Según la invención, la suma de ferrita y bainita es superior al 5 % y estrictamente inferior al 20 %. Si la suma no es estrictamente inferior al 20 %, el límite elástico y la resistencia a la tracción disminuyen y no pueden alcanzar el valor mínimo de 780Mpa y 950Mpa, respectivamente. Además, la relación de expansión de orificios será baja. Por debajo del 5 % de ferrita y bainita, la ductilidad de la lámina de acero se reduce. El resto de la microestructura está formada por martensita templada. Dentro del marco de la invención, la martensita templada se define como martensita recuperada que contiene cementita precipitada que puede coalescerse a las temperaturas de templado más altas. Sus características corresponden a la llamada etapa 3 de templado de martensita, cuya descripción se da en la publicación de A. Constant, G. Henry, J.C. Charbonnier: "Principes de bases des traitements thermiques, thermomecaniques et thermochimiques des aciers", PYC Edition, 1992, pp. 190-191.
[0035] Según la invención, la lámina de acero se fabrica a través de un procedimiento de laminado en caliente. Esto permite obtener una lámina de acero con dos superficies principales paralelas y opuestas, teniendo la lámina de acero también bordes que pueden designarse como superficies secundarias. Según una realización de la invención, la lámina de acero laminada en caliente comprende una capa de ferrita en sus superficies principales, con un espesor inferior al 5 % del espesor de dicha lámina de acero laminada en caliente.
[0036] A continuación, se describirá el proceso para fabricar la lámina laminada en caliente.
[0037] Un semiproducto que puede ser laminado en caliente adicionalmente se proporciona con la composición de acero descrita anteriormente. Este semiproducto puede estar bajo la forma de lingote o plancha obtenida por fundición continua, con un espesor que es típicamente de aproximadamente 200 mm. Alternativamente, este semiproducto también puede estar en forma de plancha delgada, con un espesor del orden de unas pocas decenas de milímetros, o lámina, obtenida por fundición directa entre rodillos contrarrotativos. El semiproducto se calienta a una temperatura superior a 1150 °C, para facilitar el laminado en caliente, con una temperatura final de laminado en caliente comprendida entre 875 °C y 950 °C. El laminado en caliente a una temperatura inferior a 875 °C promueve la austenita y, a continuación, la formación excesiva de ferrita durante el enfriamiento, lo que reduce la conformabilidad. Si la temperatura de laminación en caliente supera los 950 °C, la tendencia a crear incrustaciones aumenta, por lo que la calidad superficial del producto es deficiente.
[0038] A continuación, el producto laminado en caliente se enfría a una velocidad de enfriamiento Vr1 de al menos 50 °C/s para evitar la formación de ferrita, hasta una temperatura de bobinado inferior a 160 °C y también inferior a Mf, Mf que designa la temperatura de transformación final de la austenita en martensita. Según la publicación de Malcom Blair y Thomas L Stevens, "Steel castings Handbook" - 6.a edición, la temperatura de acabado de martensita Mf es 245 °C más baja que la temperatura de inicio de martensita Ms, que se puede calcular a partir de una fórmula derivada por Andrews publicada en Journal of the Iron and Steel Institute, 203, 721-727, 1965:
Ms(°C) = 785 - 453 %C - 16.9 %Ni - 15 %Cr - 9.5 %Mo 217 (%C)2- 71.5
%C x %Mn - 67.6%Cx %Cr
[0039] En una realización preferida, el producto laminado en caliente se enrolla a una temperatura que es inferior a 160 °C e inferior a (Mf-10 °C). De esta manera, se obtiene una alta homogeneidad microestructural a lo largo de toda la tira de acero.
[0040] En una realización del esquema de enfriamiento, dicha etapa de enfriamiento se realiza mediante un enfriamiento de una sola etapa, con un enfriamiento con agua a una velocidad de enfriamiento Vr1 superior a 75 °C/s, para obtener una matriz de microestructura martensítica que contiene ferrita y bainita, cuya suma es superior al 5 % y estrictamente inferior al 20 % en área de superficie.
[0041] En otra realización del esquema de enfriamiento, dicha etapa de enfriamiento se realiza mediante un enfriamiento de múltiples etapas, con una primera etapa de enfriamiento a dicha velocidad de enfriamiento V R1 para alcanzar una temperatura intermedia Ti, comprendida entre 500 y 550 °C. A continuación, se realiza inmediatamente un enfriamiento por aire durante una duración t2 comprendida entre 1 y 5 segundos, preferentemente durante 2 a 3 segundos, antes de una última etapa de enfriamiento a una velocidad de enfriamiento superior a 40 °C/s. El enfriamiento multietapa permite lograr una transformación ferrítica o bainítica parcial, por lo que se obtiene del 5 al 20 % de ferrita más bainita, dentro de una matriz martensítica. Cualquiera que sea el esquema de enfriamiento, el acero laminado en caliente se trata térmicamente después del bobinado, a una temperatura θA, durante una duración tA, tA que designa la duración a la temperatura θA, siendo θA y tA tales que el parámetro de tratamiento térmico, PA= θA (22+ log10tA) está comprendido entre 15400 y 17500. Por lo tanto, PA tiene en cuenta la influencia térmica combinada de la temperatura y la duración.
[0042] A partir de la técnica anterior, se sabe que algunas propiedades mecánicas tales como el valor de expansión de orificios y el alargamiento total se mejoran con un valor alto del parámetro Pa. Por el contrario, cuando el parámetro PAaumenta, el límite de elasticidad y los valores de resistencia a la tracción se reducen. Para los aceros martensíticos, la publicación WO2012130434 describe que las propiedades mecánicas son óptimas cuando P<a>está entre 13000 y 15000. En particular, el valor de expansión de orificios aumenta continuamente con Pa. De una manera sorprendente, como se muestra en la Figura 1, la presente invención ha puesto en evidencia que el valor de expansión de orificios disminuye en una proporción significativa por encima de un valor específico de P<a>~16000. Por lo tanto, como se demuestra en las Figuras 1 y 2, la invención permite obtener las propiedades mecánicas deseadas cuando el valor de Pa está en el intervalo de 15400 y 17500, y en particular entre 15500 y 17000.
[0043] Según la invención, la etapa de tratamiento térmico se puede realizar de manera discontinua (por lotes) o continua.
[0044] En una primera realización de la invención, la etapa de tratamiento térmico del procedimiento de fabricación se realiza mediante tratamiento por lotes de la bobina de la lámina laminada en caliente en un horno con una atmósfera inerte o HNX, a una temperatura de tratamiento térmico θA comprendida entre 400 °C y 475 °C, la duración tA a dicha temperatura de tratamiento térmico está comprendida entre 10 y 25 h para obtener una matriz de martensita templada que combina una buena formabilidad y propiedades de tracción.
[0045] En una segunda realización de la invención, dicha etapa de tratamiento térmico se realiza en una línea de recocido continuo, a una temperatura de tratamiento térmico θA comprendida entre 500 °C y 600 °C, estando la duración tA a dicha temperatura de tratamiento térmico comprendida entre 40 s y 100 s, preferiblemente entre 50 s y 100 s, para obtener una matriz de martensita templada que combina una buena formabilidad y propiedades de tracción.
[0046] Se puede añadir una primera etapa de decapado después del bobinado y una segunda después del tratamiento térmico para eliminar los óxidos superficiales.
[0047] A partir de la técnica anterior, se sabe que los aceros martensíticos posteriormente templados y enfriados lentamente, pueden exhibir baja tenacidad. En la invención, la composición del acero y las condiciones de tratamiento térmico se han definido para obtener una energía Charpy V de al menos 50 J/cm2 a 20 °C en la lámina de acero laminada en caliente final. Por lo tanto, la lámina de acero obtenida está libre de fragilidad por revenido.
[0048] El espesor de la lámina de acero laminada en caliente está comprendido, típicamente, entre 1,8 y 4,5 mm, preferentemente entre 1,8 y 3,5mm.
[0049] La invención se ilustrará ahora mediante los siguientes ejemplos, que de ninguna manera son limitativos. Ejemplo 1
[0050] Los semiproductos en forma de piezas fundidas con espesores comprendidos entre 28 y 40 mm fueron provistos de composiciones detalladas en la Tabla 1. Para las diferentes composiciones, el contenido de calcio fue 0,002 % en peso, el resto de la composición es hierro e impurezas resultantes de la fundición. La temperatura de acabado de martensita se calculó a partir del valor de la temperatura de inicio de martensita como: Mf = Ms - 245 °C.
Estos semiproductos se calentaron a una temperatura superior a 1150 °C y se laminaron en caliente hasta un espesor comprendido entre 1,8 y 4,5 mm. La Tabla 2 detalla las condiciones de fabricación que se han aplicado. Los ensayos 1-15 corresponden a la primera modalidad del esquema de enfriamiento descrita anteriormente, los ensayos 16-18 corresponden a la segunda condición del esquema de enfriamiento descrita anteriormente. Las etapas de decapado se realizaron después del bobinado y después del tratamiento térmico. En los ensayos 4 y 9, las láminas de acero laminadas en caliente están galvanizadas (GI).
T l 1. m ii n r n m r r r nf rm i n mr níi
Tabla 2. Valores subraados: no corresonden a la invención.
continuación
[0051] La microestructura de la lámina de acero tratada térmicamente se determinó en muestras pulidas, grabadas con Nital y observadas con microscopio óptico y electrónico de barrido. Las fracciones superficiales de los diferentes constituyentes de las microestructuras se midieron mediante análisis de imágenes junto con cuantificación. Además, se evaluó la eventual presencia de una capa de ferrita en las superficies principales de la lámina de acero. La proporción de los componentes y el espesor de la capa de ferrita final se indican en la Tabla 3. La Tabla 4 recoge las propiedades mecánicas de la lámina de acero final tratada térmicamente. El límite elástico YS, la resistencia a la tracción máxima TS y el alargamiento total se han determinado según la norma JIS Z2241. La relación de expansión de orificios se ha determinado según la norma ISO 16630:2009. La energía de Charpy V se ha medido a 20 ° C en muestras de tamaño inferior al espesor, la energía de fractura medida se divide por el área del ligamento debajo de la muesca V de la muestra de prueba.
[0052] El procedimiento de expansión de orificios consiste en medir el diámetro inicial Di de un orificio antes de la estampación (nominalmente: 10 mm), a continuación, el diámetro final Df de orificios después de la estampación, determinado cuando se observan grietas pasantes en la dirección del espesor de la lámina en los bordes del orificio. La capacidad de expansión de orificios Ac % se determina según la siguiente fórmula: Ac= 100*(Df-Di)/Di. Por tanto, Ac se utiliza para cuantificar la capacidad de una lámina para resistir la estampación al nivel de un orificio de corte.
Tabla 3: Características microestructurales de la lámina de acero final tratada térmicamente.
T l 4: Pr i m ni l l min r fin l r rmi m n .
[0053] En los ensayos 1-7 y 16-17, las composiciones y condiciones de fabricación corresponden a la invención. Por lo tanto, se obtiene la microestructura deseada. La Figura 3 ilustra la microestructura obtenida en el ensayo 7, que contiene 89 % de martensita templada y 11 % de ferrita y bainita. Como consecuencia, se obtienen altas propiedades de tracción y alta relación de expansión de orificios. La tenacidad de las láminas es alta ya que la energía Charpy a 20 °C está muy por encima de 50J/cm2.
[0054] En los ensayos 1-3, 6-7, 16-17, una capa de ferrita está presente en las superficies principales de la lámina de acero, lo que permite lograr mayores propiedades de flexión. En particular, para el ensayo 7, el radio de flexión dividido por el espesor de la lámina es inferior a 1 en la dirección de laminación e inferior a 1,5 en la dirección transversal, lo que indica excelentes propiedades de flexión.
[0055] Las Figuras 5 a) y b) ilustran la capa de ferrita presente respectivamente en las dos superficies principales opuestas de la lámina de acero en el ensayo 7 en las láminas fabricadas.
[0056] Los ensayos 8-11 y 18 no coinciden con las condiciones de fabricación de la invención. Como resultado, la lámina de acero tratada térmicamente no cumple con las propiedades mecánicas solicitadas.
[0057] De hecho, en el ensayo 8, la temperatura de bobinado es superior a 160 °C y supera la temperatura de transformación final de la martensita. Por lo tanto, se crea una cantidad excesiva de ferrita, lo que disminuye el valor de la resistencia a la tracción y la relación de expansión de orificios.
[0058] En los ensayos 9 y 10, el parámetro P<a>supera los 17500, la temperatura de tratamiento térmico por lotes supera los 475 °C. El 80 % de la martensita templada está presente en la microestructura final, por lo que la resistencia a la tracción no coincide con 950 MPa. En el ensayo 11, la temperatura de laminación en caliente de acabado está por debajo de 875 °C. Por lo tanto, se promueve la austenita y se crea una ferrita excesiva durante el enfriamiento. La Figura 4 ilustra la microestructura obtenida en el ensayo 11, que contiene 60 % de martensita templada y 40 % de ferrita y bainita. Por lo tanto, el límite elástico, la resistencia a la tracción y la expansión de orificios son insuficientes.
[0059] En el ensayo 18, la duración intermedia t2 en el esquema de enfriamiento es superior a 5 s. Por lo tanto, se crean cantidades excesivas de ferrita y bainita, lo que reduce el límite de elasticidad, la resistencia a la tracción y los valores de expansión de orificios.
[0060] En los ensayos 12-15, las composiciones de acero están fuera de las gamas de la invención. Por lo tanto, la lámina de acero final no coincide con las características mecánicas y microestructurales.
[0061] En el ensayo 12, el contenido de carbono, manganeso y silicio de la composición de acero excede los valores definidos por la invención. Por lo tanto, está presente una cantidad insuficiente de ferrita y bainita, y las propiedades de expansión de orificios son insuficientes.
[0062] Por el contrario, en el ensayo 13, el contenido de carbono es inferior al 0,15 %, por lo que se obtienen valores insuficientes de resistencia a la tracción y expansión de orificios.
[0063] En el ensayo 14, el contenido de carbono, silicio, aluminio y cromo del acero, no son según la invención. En particular, debido al bajo contenido de carbono, se crea una cantidad excesiva de ferrita y bainita, lo que no permite obtener suficientes valores de tensión de tracción y expansión de orificios. Finalmente, en el ensayo 15, el contenido de manganeso es superior a 2 %. Por lo tanto, se obtiene una cantidad insuficiente de ferrita y bainita, y el valor de expansión de orificios no alcanza el 45 %.
[0064] Así, la lámina de acero según esta invención se puede utilizar con beneficio para la fabricación de piezas estructurales de vehículos automóviles.

Claims (23)

REIVINDICACIONES
1. - Una lámina de acero laminada en caliente que tiene una composición química que comprende, en%en peso:
0,15 % ≤ C ≤ 0,20 %
0,50 % ≤ Mn ≤ 2,00 %;
0,25 % ≤ Si ≤ 1,25 %;
0,10 % ≤ Al ≤ 1,00 %, con 1,00 % ≤ (Al+Si) ≤ 2,00 %,
0,001 % ≤ Cr ≤0,250 %
P ≤ 0,02 %,
S ≤ 0,005 %
N ≤ 0,008 %,
y opcionalmente uno o más elementos seleccionados de entre:
0,005 % ≤ Mo ≤ 0,250 %
0,005 % ≤ V ≤ 0,250 %
0,0001 % ≤ Ca ≤ 0,003 % y
0,001 % ≤ Ti ≤ 0,025 %
siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y donde la microestructura comprende, en fracción superficial, ferrita y bainita, siendo la suma de las mismas superior al 5 % y estrictamente inferior al 20 %, consistiendo el resto en martensita templada.
2. Una lámina de acero laminada en caliente según la reivindicación 1, donde el contenido de Si está comprendido entre 0,40 % y 0,90 %.
3. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde el contenido de Al está comprendido entre 0,30 % y 0,90 %.
4. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el contenido de Al+Si está comprendido entre 1,20 % y 2,00 %.
5. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la lámina de acero laminada en caliente tiene un límite elástico YS comprendido entre 780 MPa y 1000 MPa y una resistencia a la tracción TS comprendida entre 950 MPa y 1150 MPa.
6. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la lámina de acero laminada en caliente tiene un alargamiento total superior al 8 %.
7. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la lámina de acero laminada en caliente tiene una expansión de orificios superior al 45 %.
8. Una lámina de acero templada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la lámina de acero laminada en caliente tiene una energía de Charpy-V de al menos 50J/cm2 a 20 °C.
9. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el espesor está comprendido entre 1,8 y 4,5 mm.
10. Una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende una capa de ferrita en la superficie con un espesor inferior al 5 % del espesor de dicha lámina de acero laminada en caliente.
I I . La lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de la reivindicación 1 a 10, donde que la lámina de acero laminada en caliente está recubierta con zinc o una aleación a base de zinc.
12. Una lámina de acero laminada en caliente según la reivindicación 11, donde el recubrimiento a base de zinc comprende de 0,01 a 8,0 % en peso de Al, opcionalmente de 0,2 a 8,0 % en peso de Mg, siendo el resto Zn.
13. Una lámina de acero laminada en caliente según la reivindicación 11, donde el recubrimiento a base de zinc comprende entre 0,15 y 0,40% en peso de Al, siendo el resto Zn.
14. Un procedimiento para fabricar una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende las siguientes y sucesivas etapas:
- proporcionar un semiproducto de acero con una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, a continuación
- laminar en caliente dicho semiproducto de acero con una temperatura de laminación final comprendida entre 875 °C y 950 °C, para obtener una lámina de acero, a continuación
- enfriar dicha lámina de acero a una velocidad de enfriamiento V<ri>de al menos 50 °C/s, para obtener una lámina de acero enfriada, a continuación
- bobinar a una temperatura Tbobina por debajo de 160 °C y por debajo de Mf, para obtener una lámina de acero bobinada, a continuación
-tratar térmicamente dicha lámina bobinada a una temperatura de tratamiento térmico θA, durante una duración tA, θA y tA, siendo estos tales que P<a>= θA (22+ log tA), está comprendido entre 15400 y 17500, θA se expresa en K y tA se expresa en horas.
15. Un procedimiento para fabricar una lámina de acero laminada en caliente según la reivindicación 14, donde dicha etapa de tratamiento térmico se realiza por lotes en una atmósfera inerte o HNX, a una temperatura de tratamiento térmico θA comprendida entre 400 °C y 475 °C, donde la duración tA a dicha temperatura de recocido está comprendida entre 10 y 25 h.
16. Un procedimiento para fabricar una lámina de acero laminada en caliente según la reivindicación 14, donde dicha etapa de tratamiento térmico se realiza en una línea de recocido continuo, a una temperatura de tratamiento térmico θA comprendida entre 500 °C y 600 °C, donde la duración tA a dicha temperatura de tratamiento térmico está comprendida entre 40 s y 100 s.
17. Un procedimiento para fabricar una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde Pa está comprendido entre 15500 y 17000.
18. Un procedimiento para fabricar una lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, que comprende además una etapa de decapado después de dicha etapa de bobinado, y antes de dicha etapa de tratamiento térmico.
19. Un procedimiento para la fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, que comprende además una etapa de decapado después de dicha etapa de tratamiento térmico.
20. Un procedimiento de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, donde dicho enfriamiento se realiza mediante enfriamiento por agua y donde Vr1 es superior a 75 °C/s.
21. Un procedimiento de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, donde la etapa de enfriamiento a dicha velocidad de enfriamiento Vr1 se realiza de manera a alcanzar una temperatura intermedia Ti, comprendida entre 500 y 550 °C, a continuación,
- se realiza una etapa adicional de enfriamiento por aire durante una duración t2 comprendida entre 1 y 5 segundos, a continuación
- la lámina se enfría a una velocidad de enfriamiento Vr2 superior a 40 °C/s.
22. El procedimiento de producción según la reivindicación 21, donde dicha etapa de enfriamiento por aire se realiza durante un tiempo t2 comprendido entre 2 y 3 segundos.
23. Uso de la lámina de acero laminada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, o fabricada según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, para la fabricación de piezas estructurales de vehículos.
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