MXPA97010230A - Acero ferritico, metodo para su produccion y su uso - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un acero de doble fase, que tiene una estructura ferrítica, predominantemente poligonal, que incluye una segunda fase dura, libre de perlita, enriquecida con carbón, que comprende martenista y/o bainita y/o austenita residual. Este acero tiene una alta resistencia, buena trabajabilidad y una calidad superficial mejorada después de trabajarse en caliente. La invención también se refiere a un método para producir este acero y su uso.

Description

ACERO FERRITICO, MÉTODO PARA Sü PRODUCCIÓN Y SU USO La invención se refiere a un acero ferritico, un proceso para producir este acero con una estructura ferrítica, predominantemente poligonal y una o varias fases secundarias ricas en carbono así como también un uso preferido para este acero. El acero debe ser de alta resistencia y debe tener buena deformabilidad así como también calidad de la superficie mejorada después de la formación en caliente en la última etapa de producción. Los aceros de fase doble se conoce que tienen una estructura, por ejemplo, de hasta 80% en volumen de ferrita relativamente suave, poligonal con el resto que es martensita rica en carbono. La segunda fase, de menor cantidad, que es rica en carbono, se mete en la fase ferrítica, proeutéctica, en la forma de una isla. Un acero de esta clase tiene buenas propiedades mecánicas y una buena capacidad para ser reducida en frío. Los aceros conocidos con ferrita predominantemente poligonal en la estructura así como también martensita metida en la presente, comprenden (en % en masa) 0.03 a 0.12% de C, hasta REF: 26572 0.8% de Si y 0.8 a 1.7% de Mn (De 29 24 340 C2) o 0.02 a 0.2% de C, 0.05 a 2.0% de Si, 0.5 a 2% de Mn, 0.3 a 1.5% de Cr así como también hasta 1% de Cu, Ni y Mo (EP 0 072 867 Bl). Ambos aceros son calmados o desoxidados por aluminio y tienen contenidos residuales solubles de menos de 0.1% de Al. El silicio en estos aceros promueve la transformación de la ferrita. En combinación con el manganeso y si es aplicable el cromo, se suprime la formación de perlita. De esta manera, el enriquecimiento adecuado de carbono en la segunda fase se asegura y se logra la formación de ferrita poligonal en relación predominante a la segunda fase. Sin embargo, estas aleaciones conocidas tienen la desventaja que durante el laminado en caliente, se forma una estructura de superficie no homogénea que llega a ser evidente a partir de los patrones de escala roja. Después de la limpieza con baño químico, la superficie permanece áspera. Para muchas aplicaciones, tal material no es comercializable . Hasta ahora no ha sido posible mejorar la calidad de la superficie de estos aceros laminados en caliente. En cambio, existe una demanda por aceros de alta resistencia y con buena capacidad para ser reducidos en frío. Estos requerimientos se pueden caracterizar por el producto a partir de la resistencia a la tensión y alargamiento Rm • A5. Tanto a lo largo de la dirección de laminado y transversal a la dirección de laminado esto debe ser arriba de 16,000 N/mm2 • %. De esta manera, es el objetivo de la invención desarrollar un acero con estructura ferrítica, predominantemente poligonal, acero que mantiene al menos el espectro notable de las propiedades mecánicas de los aceros conocidos, con valores de resistencia a la tensión Rm > 500 N/mm2 y valores de alargamiento A5 o mayor que 1600/Rm en %, que se pueden reducir en frío así como también aceros conocidos, pero que después de la producción mediante la formación en caliente en el último paso de producción proporciona una mejor estructura de la superficie que los aceros conocidos. Para cumplir este objetivo, se propone un acero, que comprende (en % en masa) 0.05 a 0.3% de carbono 0.8 a 3.0% de manganeso 0.4 a 2.5% de aluminio 0.01 a 0.2% de silicio menos que 0.08% de fósforo menos que 0.05% de azufre el resto que es hierro, inclusive impurezas no evitables con una estructura predominantemente de ferrita poligonal y porcentajes más pequeños de martensita y/o bainita y/o austencia residual. Con un equivalente de carbono (Cequ.)L de mayor que 0.1 a 0.325 con Cequ. = % de C + 1/20% de Mn + 1/20% de Cr + 1/15% de Mo el acero contiene aluminio en una cantidad en % en masa de Al > 7.6 • Cequ. - 0.36.

La transformación deseada a bainita o martensita en una matriz de ferrita previamente formada causa una condición favorable de esfuerzo residual de la estructura, con una influencia positiva sobre la capacidad para ser reducida en frío. Al mismo tiempo, el nivel de resistencia a la tensión se incrementa cuando se compara a una estructura ferrítica-perlítica como está presente en los aceros de construcción, laminados en caliente, conocidos (St 37 a St 52) . Con adaptabilidad para el proceso directo mediante la deformación a productos finales, geométricamente complejos similares a aquellos de los aceros para la construcción, conocidos, la resistencia incrementada ofrece la posibilidad de reducir el espesor y de esta manera ahorrar peso. Un acero tal no únicamente logra el buen nivel de resistencia de los aceros de fase doble, en aleación con silicio, conocidos sino que después de la terminación de la formación en caliente, su calidad de la superficie se mejora, como se requiere, por ejemplo, para los discos de ruedas para vehículos de motor, discos que se producen mediante la reducción en frío del acero laminado en caliente. Además, se pueden adicionar al acero los siguientes elementos en los porcentajes indicados (en % en masa) mediante la aleación: hasta 0.05% de titanio hasta 0.8% de cromo hasta 0.5% de molibdeno hasta 0.8% de cobre hasta 0.5% de níquel.

Un acero tal, aleado con aluminio en lugar de con silicio, logra un rendimiento dúctil As > 34% con un valor de resistencia a la tensión de Rm = 500 N/mm2 y un rendimiento dúctil de A5 > 24%, en un valor de resistencia a la tensión de 700 N/mm2, es decir el producto Rm • A5 está ciertamente arriba de 16,000 N/mm2 • % tanto a lo largo de la dirección de laminado y transversal a la dirección de laminado. El acero de acuerdo con la invención se caracteriza por un contenido de aluminio de 0.4-2.5% que es significantemente más alto que aquel de los aceros conocidos. En cambio, de acuerdo con la invención, el contenido de silicio se limita a menos de 0.2%. En contraste, los aceros conocidos de este tipo usualmente contienen más de 1% de silicio. Los aceros en aleación con aluminio, de acuerdo con la invención, comprenden la microestructura de fase doble o polifásica, libre de perlita, deseada y tienen excelentes características de resistencia. Sobre todo, la calidad de la superficie del producto formado en caliente es significantemente mejorada cuando se compara a los aceros en aleación con silicio, hasta ahora conocidos. Un contenido de aluminio que varía de 0.4 a 2.5% asegura la formación extensiva de ferrita globular. Comparado a los aceros en aleación con silicio, existe un retraso más pronunciado en la formación de perlita, que se puede evitar de manera segura al observar los parámetros del proceso reclamados. En 0.05 a 0.3%, el contenido de carbono está en la gama usual para los aceros de este tipo. A fin de evitar la formación de perlita y enriquecer la austenita así como también el carbono, se adiciona manganeso en porcentajes de 0.8 a 3.0%. El manganeso tiene un efecto de endurecimiento de solución sólida e incrementa el nivel de resistencia. En vista de la evitación de la perlita y el efecto de la perlita sobre la formación de ferrita, el contenido de carbono y el contenido de manganeso son intercambiables dentro de los límites del equivalente de carbono. El equivalente de carbono se determina como sigue: Cequ. =% de C + 1/20% de Mn + 1/20% de Cr + 1/15% de Mo Los valores del equivalente de carbono mayores que 0.1 requieren contenidos de aluminio más altos. De acuerdo con la invención, la intersección del valor del equivalente de carbono y el acoplamiento del valor de aluminio debe estar dentro del área sombreada mostrada en la Figura 1 a fin de asegurar un contenido de ferrita que excede el 70% y la supresión de la formación perlita bajo condiciones de producción industrial a gran escala. Para asegurar la adaptabilidad para el soldeo, el valor del equivalente de carbono se debe limitar a un máximo de 0.325. Además, el titanio a 0.05% asegura el ajuste de nitrógeno y evita la formación de sulfuros de manganeso alargados. Hasta 0.8% en masa de cromo se puede adicionar para mejorar las propiedades de templado de martensita y evitar la formación de perlita. El molibdeno, hasta 0.5% en masa, incrementa la gama de velocidades de enfriamiento exitosas . El cobre y el níquel, hasta 0.5% en masa de cada uno, pueden contribuir a la disminución de la temperatura de transformación y evitar la perlita. A fin de influir en la coalescencia de los sulfuros, el tratamiento del baño en fusión con calcio-silicio es ventajoso.

La temperatura final del laminado en caliente ET debe estar en la gama de Ar3 = 50°C < ET < Ar3 + 100°C.

Para los contenidos de Al hasta 1%, la temperatura Ar3 que debe estar en la gama de 750 a 950°C se calcula como sigue (ecuación 1) Ar3 [°C] = 900 + 60% de Al - 60% de Mn - 300% de C.

En el caso de los contenidos de aluminio que exceden 1, hasta 2.5% aplica lo siguiente (ecuación 2) Ar3 [°C] = 900 + 100% de Al - 60% de Mn - 300% de C.

Cuando se producen en caliente tiras del acero de acuerdo con la invención, son permisibles las temperatura finales de laminado en caliente, incrementadas, comparadas a las temperaturas aplicables hasta ahora de únicamente hasta 850°C. El laminado a temperaturas finales de laminado, más altas tiene una influencia positiva sobre el perfil de la tira en caliente. El laminado puede tomar lugar con menos fuerza y se puede incrementar la velocidad de laminado. Se puede hacer sin el movimiento de péndulo de la primera tira para el enfriamiento corriente arriba del grupo de terminación. Sobre todo esto da por resultado ganancias en la productividad. El enfriamiento abajo de la temperatura final de laminado en caliente a la temperatura de enrollado que está entre la temperatura ambiente y 500°C toma lugar de una manera acelerada en una velocidad de enfriamiento de 15 a 70 K/s. Cuando el enfriamiento abajo de la temperatura final de laminado en caliente, en el proceso de acuerdo con la invención, es posible en la gama de Ar3 a Ar3 - 200°C, para mejorar adicionalmente la formación de ferrita mediante la observación de una pausa de enfriamiento de 2 a 30 s, durante la cual la velocidad de enfriamiento es abajo de 15 K/s. La Figura 2 muestra una representación diagramática de una producción de tiras en caliente acoplada con la progresión de enfriamiento del acero de acuerdo con la invención, en y después del laminado en caliente.

Se muestra que cualquier entrada indeseable de la región de perlita se puede evitar de manera segura si se observan las condiciones establecidas para la temperatura final de laminado en caliente, la velocidad de enfriamiento y la temperatura de enrollado.

Ejemplo 1 Un acero A de acuerdo con la invención, con una composición de acuerdo con la Tabla 1 se laminó en caliente a un espesor de la tira final de 3.7 mm a una temperatura final de laminado en caliente de 875°C. El enfriamiento a partir de esta temperatura fué a 30 K/s a la temperatura de enrollado (RT) mostrada en la Tabla 2. Las características de este acero A de acuerdo con la invención se determinaron de acuerdo a DIN EN 10002 en muestras planas-estiradas . La Tabla 2 muestra los valores para el punto de fluencia aparente, la resistencia a la tensión, alargamiento y la relación del punto de fluencia a la resistencia a la tensión para las capas a lo largo y a lo ancho de la dirección de laminado.

Una muestra A se enrolló a temperatura más alta (RT = 685°C) . Es no estuvo libre de perlita y no logró las características requeridas, A manera de comparación, la Tabla 2 también muestra las propiedades de resistencia respectivas de un acero B, conocido de DE 34 40 752 C2, con una composición como se muestra en la Tabla 1, Para el acero A de acuerdo con la invención, la temperatura de enrollado se varió entre 80°C y 350°C. Los parámetros de resistencia determinados para éste ilustran claramente que sobre la gama de laminado completa, el acero de acuerdo con la invención tuvo muy buenas características al menos equivalentes a aquellas del acero B de comparación aleado con silicio, conocido. La Tabla 2 también muestra las propiedades mecánicas del acero B de acuerdo con la invención con una composición de acuerdo con la Tabla 1. Los resultados se obtuvieron a partir de una muestra redondeada-estirada de 4 mm de diámetro. El laminado en caliente se simuló por una prueba de ensanchamiento plano. Los valores se midieron en una dirección longitudinal (dirección del flujo del material). Con la primera muestra, la temperatura de enrollado estuvo a 200°C y con la segunda muestra a 400°C. Este acero, también tuvo un espectro favorable de características, y además una calidad de superficie aun mejor que la del acero B. Los resultados llevados en la Tabla 2 ilustran claramente que la relación del punto de fluencia a la resistencia a la tensión está abajo de 0.8 en la gama de temperatura de enrollado, completa .

Tabla 1 Composición química Acero % de C % de Mn % de Si % de P % de Al % de Cr % de N % de S Cßqu A 0.076 1.45 0.053 0.019 1.23 0.35 0.002 <0.001 0.16 B* 0.090 0.38 0.71 0.013 0.025 0.62 0.006 0.009 0.14 C 0.090 1.51 0.03 <0.005 1.19 0.50 0.005 0.004 0.19 D 0.20 1.49 0.04 <0.005 1.99 0.02 0.005 0.004 0.27 * ) Acero de comparación Tabla 2 Propiedades medidas en una muestra estirada, plana de acuerdo con DIN en 10002 Acero Posición a la direc- ET HT Rpo.2, Reh Rm A5 Rp?.2 Rm Rm • A5 ción de laminado [ßC] IßC] [N/mm2] [N/mm2] (%) Reh/Rm N/mm2 • % A L 860 80 372 639 30.3 0.58 19361.7 A Q 860 80 405 642 27.3 0.63 17526.6 A L 880 200 379 641 32.5 0.59 20832.5 A Q 880 200 402 640 25.6 0.63 16384 A L 880 280 320 588 36.3 0.54 21344.4 A Q 880 280 395 * 592 28.4 0.67 16812.8 A L 880 350 362 545 34.9 0.66 19020.5 A Q 880 350 363 542 34.8 0.67 18861.6 A" L 880 685 331 477 29.9 0.69 14262.3 A** Q 880 685 376 497 34.7 0.76 17245.9 B* L 200 368 597 28.5 0.64 16501.5 B* Q 200 388 570 26.4 0.68 15048 C L 910 400 380 506 37 0.48 18722 C L 880 350 417 524 33 0.72 17292 D L 910 350 447 569 35.5 0.79 20199.5 D L 880 400 440 561 37 0.78 20757 *} Acero de comparación **) Fuera de la gama reclamada (RT > 500°C) HT: Temperatura de enfriamiento Rpo.?: Resistencia del producto Rm: Resistencia a la tensión A5: Alargamiento después de la fracción L: paralelo/ Q: transversal L - a lo largo Reh/Rp02 - Resistencia del producto Q - transversal Rm - Resistencia a la tensión A5 - alargamiento después de la fractura Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención, Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1, Un acero ferrítico, caracterizado porque comprende (en % en masa) 0.05 a 0.3% de carbono 0.8 a 3.0% de manganeso 0.4 a 2.5% de aluminio menos que 0.2% de silicio menos que 0.08% fósforo menos que 0.05% de azufre el resto que es hierro, inclusive impurezas inevitables que en un equivalente de carbono de mayor que 0.1 a 0.325 con Cßqu. = % de C + 1/20% de Mn + 1/20% de Cr + 1/15% de Mo contiene aluminio en una cantidad en % en masa de Al 7.6 • Cequ. - 0.36.

2 , Un proceso para la producción de un acero de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque es de alta resistencia y con buena capacidad para ser reducido en frío y buena calidad de la superficie en el estado laminado en caliente y buena capacidad para ser laminado en frío con una estructura predominantemente de ferrita proeutéctica y porcentajes más pequeños de martensita y/o bainita y/o austensita residual; el acero que es vaciado en forma continua y laminado en caliente a una temperatura inicial de laminado en caliente que excede 1000°C y una temperatura final de laminado en caliente (ET) en la gama de Ar3 - 50°C < ET < Ar3 + 100°C, subsecuentemente enfriado abajo de la temperatura final de laminado en caliente (ET) a una velocidad de 15 a 70 K/s a una temperatura de enrollado en la gama de abajo de 500°C y el enrollado.

3. Un proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque uno o varios de los siguientes se adicionan al acero mediante la aleación (en % en masa) : hasta 0.05% de titanio hasta 0.8% de cromo hasta 0.5% de molibdeno hasta 0.8% de cobre hasta 0.5% de níquel.

4. Un proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la gama de temperatura entre Ar3 a Ar3 igual a 200°C, se observa una pausa de enfriamiento de 2 a 30 s, durante la cual la velocidad de enfriamiento es abajo de 15 K/s.

5. El uso de un acero de conformidad con la reivindicación 1 como un material para la producción de discos de rueda reducidos en frío.