PT1561833E

PT1561833E - Aço para a produção de componentes de elevada resistência com uma tenacidade excelente a baixas temperaturas e sua utilização

Info

Publication number: PT1561833E
Application number: PT04002612T
Authority: PT
Inventors: Bauk Dipl Ing Agnes; Sinz Dr Ing Rolf
Original assignee: Rud Ketten Rieger & Dietz; Deutsche Edelstahlwerke Gmbh
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2007-07-23
Also published as: JP4303425B2; EP1182978A1; ES2225087T3; WO2000048524A1; DE19906423A1; EP1495732A1; US6416516B1; EP1182978B1; JP2002537016A; DE50008238D1

Description

"AÇO PARA A PRODUÇÃO DE COMPONENTES DE ELEVADA RESISTÊNCIA COM UMA TENACIDADE EXCELENTE A BAIXAS TEMPERATURAS E SUA UTILIZAÇÃO" A invenção diz respeito a um aço para a produção de componentes de elevada resistência com uma tenacidade excelente a temperaturas reduzidas. Os aços deste tipo são utilizado, por exemplo, para a produção de elementos de retenção e fixação, tais como os que são necessários para fixar e segurar cargas. Em particular, tais aços são processados para formar barras de aço laminadas a quente (laminado comercial), fio laminado ou aço não galvanizado, a partir dos quais se produz então correntes de aço com elos redondos soldados.

Os requisitos exigidos aos aços do tipo supramencionado estão especificados na norma DIN 17 115. Para além de uma boa aptidão a conformação e uma aptidão a soldadura igualmente boa, os aços devem ter propriedades de resistência e tenacidade excelentes para satisfazerem as exigências resultantes das tensões que ocorrem na prática.

Os aços inoxidáveis 23 MnNiCrMo 5 3 e 23 MnNiCrMo 54, que são conhecidos para este fim e que se encontram especificados na norma DIN 17 115, compreendem respectivamente (em % em peso) entre 0,20% e 0,26% de C, ^0,25% de Si, entre 1,10% e 1,40% Mn, respectivamente 0, 020% de P e de 2., em que a soma entre os teores de P e S não ultrapassa 0,035%, se necessário entre 0,020% e 0,050% de Al, até 0,014% de N e entre 0,40% e 0,60% de Cr. Além disso, ao aço 23 MnNiCrMo 5 2 adiciona-se entre 0,20% e 0,30% de Mo e entre 0,70% e 0,90% de Ni, ao passo que o aço 23 MnNiCrMo 5 4 contém ainda entre 0,50% e 0,60% de Mo e entre 0,90% e 1,10% de Ni. O pedido de patente de invenção chinesa publicado com o n° CN-1281906 descreve um outro aço para a produção de correntes para segurar ou amarrar embarcações ou plataformas de perfuração. No resumo de tal publicação, que se encontra disponível na base de dados WPINDEX, encontra-se descrito que tal aço contém (em % em peso) entre 0,25% e 0,35% de C, entre 0,15% e 0,30% de Si, entre 1,45% e 1,75% de Mn, entre 0,90% e 1,40% de Cr, entre 1,00% e 1,20% de Ni, entre 0,45% e 0,65% de Mo, entre 0,02% e 0,06% de Nb, entre 0,020% e 0,05% de Al, até 0,020% de P, até 0,15% de , até 0,20% de Cu, até 0,03% de Sn, até 0,01% de Sb, até 0,04% de As, até 0,005% de B, até 0,009% de N, até 0,0020% de O, até 0,0002% de H, sendo a parte restante constituída por Fe e as impurezas inevitáveis, em que o equivalente de carbono também tem que ser superior a 1,4.

Por experiência prática já se demonstrou que, embora os aços conhecidos satisfaçam os requisitos em termos de resistência e tenacidade a temperatura ambiente, os problemas surgem a temperaturas mais baixas, especialmente em termos da tenacidade.

Sendo assim, constitui o objectivo da invenção proporcionar um aço de elevada resistência que possua uma tenacidade excelente, mesmo a temperaturas reduzidas. Para que o risco de fractura dos componentes produzidos a partir de tal aço seja reduzido ao mínimo, mesmo em condições de utilização desfavoráveis e críticas. Também serão especificadas as utilizações vantajosas de tal aço.

No que diz respeito ao aço, este objectivo de acordo com a invenção é atingido pelo facto de o aço de acordo com a invenção, para a produção de componentes de elevada resistência com uma tenacidade excelente a temperaturas reduzidas, possuir a constituição a seguir indicada (em % em peso): C: entre 0,08% e 0,25%,

Si: entre 0,10% e 0,30%,

Mn: entre 0,80% e 1,60%, P: <0,020%, S: <0,015%, em que a soma dos teores de P e S é = 0,030%,

Cr: entre 0,40% e 0,80%,

Mo: entre 0,30% e 0,50%,

Ni: entre 0,70% e 1,20%, AI: entre 0,020% e 0,060%, N: entre 0,007% e 0,018%, V: <0,15%,

Nb: <0,07%, em que a soma dos teores de V e Nb é ^0,020%, sendo a parte restante constituída por ferro e as impurezas inevitáveis.

No caso do aço de acordo com a invenção, os componentes individuais das ligas são seleccionados de tal forma que se atinja um perfil de propriedades que satisfaça optimamente os requisitos especificados. Tal é conseguido por meios dos teores em Cr, Ni e N determinados de acordo com a invenção e do resultado mínimo da soma entre os teores de Nb e V. No caso de se adoptar os intervalos de teores de tais elementos das ligas determinados de acordo com a invenção, então obtém-se uma tenacidade particular- mente elevada, uma boa aptidão a têmpera, uma melhor retenção da dureza após a têmpera e uma estrutura de grãos particularmente finos. 0 aço de acordo com a invenção também é altamente conformável a frio e tem uma grande resistência no estado de produto acabado. Também se distingue por uma elevada resistência por ensaio de provete entalhado e uma baixa temperatura de transição de inicio da fissura tal que a fractura frágil ocorre apenas a temperaturas que são substancialmente inferiores a temperatura de fractura frágil dos aços conhecidos da técnica anterior.

Os teores em C compreendidos no intervalo entre 0,08% e 0,25% em peso garantem a boa resistência a temperaturas reduzidas dos aços de acordo com a invenção. A este respeito, obtém-se resultados especialmente positivos se o teor em C estiver compreendido entre 0,16% e 0,23% em peso.

As boas propriedades de aptidão a têmpera e retenção da dureza após a têmpera do aço de acordo com a invenção são obtidas por meio da limitação dos teores em Cr para valores entre 0,40% e 0,80% em peso em combinação com teores em Mo entre 0,30% e 0,50% em peso. 0 grau de segurança com que se obtém este efeito combinado pode ser aumentado, ajustando para tal os teores em Cr até valores entre 0,40% e 0,65% em peso e os teores em Mo até valores entre 0,35% e 0,50% em peso.

Teores em Ni entre 0,70% e 1,20% em peso e em particular entre 0,75% e 1,00% em peso acentuam especialmente a boa tenacidade a temperaturas reduzidas do aço de acordo com a invenção.

Os teores em Al compreendidos entre 0,020% e 0,060%, em particular entre 0,020% e 0,045% em peso, e os teores em N entre 0,007% e 0,018% em peso, em particular entre 0,007% e 0,015% em peso, fazem com que os aços de acordo com a invenção tenham uma estrutura de grãos particularmente finos.

Finalmente, o facto de o aço de acordo com a invenção conter, no total, pelo menos 0,02% em peso de Nb e V, enquanto os teores em V são limitados a um máximo de 0,15% em peso e os teores em Nb a um máximo de 0,07% em peso, garante que a estrutura de grãos finos desejada se mantém mesmo a temperaturas elevadas. A este respeito concluiu-se, surpreendentemente, que a ocorrência deste efeito é especialmente fiável no caso de o aço de acordo com a invenção estar isento de vanádio.

Sendo assim, de acordo com uma variante preferida, o aço de acordo com a invenção não contém nenhum V ou este encontra-se presente apenas sob a forma de uma impureza inevitável. A estrutura de grãos finos mantém-se estável mesmo durante o tratamento de endurecimento por têmpera. Assim, o aço acabado de acordo com a invenção possui normalmente um tamanho dos grãos austeníticos mais fino do que ASTM 10. Como tal, a finura da estrutura do aço de acordo com a invenção é bastante superior a dos aços conhecidos, para os quais é exigido um tamanho dos grãos austeníticos de ASTM 5 de acordo com a norma DIN 17 115.

Sendo assim, a invenção proporciona um aço que possui uma tenacidade excelente mesmo a temperaturas reduzidas. Em consequência da combinação favorável das suas propriedades, o risco de fractura de um componente produzido a partir do aço de acordo com a invenção é reduzido ao mínimo, mesmo em condições de utilização desfavoráveis e críticas.

De preferência, o aço de acordo com a invenção é processado para se obter aço laminado. Constitui o objectivo do processamento, em cada um dos passos de processamento, que o aço de acordo com a invenção conserve a estrutura de grãos mais fina possível. Isto abrange não só os passos de processamento realizados durante o aquecimento e a laminagem, mas também os tratamentos de recozimento que são efectuados antes e depois da formação do componente. De acordo com a invenção, as condições de aquecimento e laminagem são seleccionadas de tal forma que, apesar dos processos de difusão que ocorrem durante o aquecimento, se consiga evitar as temperaturas elevadas de laminagem para assim suprimir o engrossamento do grão. As temperaturas durante a deformação subsequente também são seleccionadas, por meio de uma privação controlada da energia durante a deformação a quente, de tal forma que se consiga manter a construção desejada com a sua estrutura de grãos finos. Uma privação acelerada de calor imediatamente após o passo final de deformação evita, no sentido de "preservar" o último estado estrutural atingido, os processos indesejáveis de precipitação que de outro modo provocariam uma diminuição da dureza e da tenacidade. Em vez disso, por meio de um tratamento térmico prolongado, produz-se os estados de precipitação desejados dos carbonitretos, em termos do seu tamanho e da sua distribuição, para assim se obter o aço no estado laminado com as resistências de material relativamente baixas pretendidas para se conformar a frio o aço e formar o respectivo componente.

Devido ao seu espectro particular de propriedades, o aço de acordo com a invenção é especialmente adequado para a produção de componentes de elevada resistência por conformação a frio com subsequente endurecimento por têmpera. Como exemplos de tais componentes refere-se elementos para carregar, empurrar, elevar, transportar ou fixar cargas pertencentes a classe mais elevada de resistência. Tais artigos, que podem ser designados abreviadamente pelo termo "elementos de retenção e fixação", compreendem, por exemplo, pontos de fixação, ganchos, pinças, ilhós, correntes, juntas, elementos de travação, balanceiros, cintas, linguetas de retenção e fixação, olhais de fixação e semelhantes. A partir do aço de acordo com a invenção também é possível fazer sistemas para a ligação de elementos estruturais com propriedades excelentes de utilização. Como exemplos de tais elementos estruturais refere-se pernos ou outros elementos de ligação ou transmissão de força, tais como parafusos, grampos, hastes ou semelhantes.

Uma das áreas de aplicação em que o aço de acordo com a invenção é particularmente adequado é o fabrico de correntes. As correntes feitas de aço com a constituição de acordo com a invenção sustentam seguramente cargas pesadas, mesmo a temperaturas muito baixas, sem nenhum risco de fractura ou dano comparável. Sendo assim, a partir do aço de acordo com a invenção, é possível produzir correntes de aço de elos redondos, especialmente correntes de aço de elos redondos soldados, que satisfazem mesmo os requisitos mais exigentes.

Normalmente, os componentes feitos com o aço de acordo com a invenção possuem uma resistência pelo menos de 1200 MPa, em particular superior a 1550 MPa, 1600 MPa ou 1650 MPa. A este respeito, é de salientar que para uma resistência pelo menos de 1550 MPa, a temperatura de transição de início de fissura (FATT) dos componentes feitos com o aço de acordo com a invenção é normalmente de -60°C, no máximo. Este limite de temperatura é significativamente inferior ao dos aços conhecidos.

Também é de realçar que o valor de funcionamento por ensaio de provete entalhado, no caso dos componentes produzidos a partir do aço de acordo com a invenção, é normalmente superior a 45 J e o correspondente componente tem uma tenacidade técnica de início de fissura (Jic) superior a 170 N/mm a -60°C e em particular superior a 185 N/mm. O valor de tenacidade de início de fissura (Jic) 6 um valor definido no índice ASTM 1820 que permite avaliar a tendência para fractura dúctil de um material de aço.

Este grau elevado de tenacidade do aço de acordo com a invenção também é discernível pelo facto de os componentes produzidos a partir de tal aço exibirem normalmente um valor de alongamento a rotura superior a 28%.

Seguidamente, descrever-se-á mais minuciosamente a invenção, tomando como referência uma variante.

Fundiu-se um aço constituído por (em % em peso) 0,19% de C, 0,20% de Si, 1,31% de Mn, 0,005% de P, 0,010% de c, teor em P + teor em S = 0,015%, 0,45% de Cr, 0,37% de Mo, 0,88% de Ni, 0,400% de Al, 0,008% de N, 0,01% de V, 0,06% de Nb, (teor em V + teor em Nb = 0,07%), sendo a parte restante constituída por ferro e pelas impurezas inevitáveis, e depois processou-se para se formar um laminado de aço. Para se garantir que o produto obtido após a laminagem a quente possuía a estrutura de grãos mais finos possíveis, manteve-se as temperaturas de laminagem num nível baixo durante a laminagem a quente. Além disso, entre cada passo de laminagem, arrefeceu-se o produto laminado para se dissipar o calor produzido pela própria conformação a quente. Imediatamente após a laminagem a quente, extinguiu-se o produto laminado a quente assim obtido para preservar a estrutura de grãos finos do aço que se encontra presente no final do circuito de laminagem a quente, de tal forma que também seja seguramente conservada nos passos de processamento subsequentes.

Depois da laminagem a quente e de um tratamento térmico prolongado, que tem lugar para se conferir uma boa resistência para a subsequente conformação a frio, o aço laminado foi conformado em elos de corrente que foram fechados por soldadura durante a montagem da corrente.

As correntes assim produzidas exibiram uma estrutura de grãos finos de ASTM 11, uma resistência de 1 270 e uma temperatura de transição de início de fissura (FATT), determinada para este valor de resistência, de -70°C. O seu valor de funcionamento por ensaio de provete entalhado era de 557 J a uma temperatura de ensaio de -60°C e o alongamento a rotura era de 28%.

No diagrama anexo, construi-se um gráfico do curso do valor de fractura dúctil, integral J, para o aço de acordo com a invenção em função da propagação da fissura (REW) a uma temperatura de -60°C para um comprimento inicial normalizado da fissura de 0,4. É possível observar que há uma tenacidade de início da fissura ί/'κ;) de 185 K/smÚ no início tecnicamente relevante da propagação estável da fractura.

Lisboa 11/07/2007

Claims

1. Aço para a produção de componentes de elevada resistência com uma tenacidade excelente a temperaturas reduzidas, o qual possui a constituição seguinte (em % em peso): C: entre 0,08% e 0,25%, Si: entre 0,10% e 0,30%, Mn: entre 0,80% e 1,60%, P: <0,020%, S: <0,015%, em que a soma dos teores de P e S é ^0,030%, Cr: entre 0,40% e 0,80%, Mo: entre 0,30% e 0,50%, Ni: entre 0,70% e 1,20%, AI: entre 0,020% e 0,060%, N: entre 0,007% e 0,018%, V: <0,15%, Nb: <0,07%, em que a soma dos teores de V e Nb é >0,020%, sendo a parte restante constituída por ferro e as impurezas inevitáveis.

2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o seu teor em C estar compreendido entre 0,16% em peso e 0,23% em peso.

3. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por seu teor em Mn estar compreendido entre 1,00% em peso e 1,35% em peso.

4. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o seu teor em Cr estar compreendido entre 0,40% em peso e 0,65% em peso.

5. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o seu teor em Mo estar compreendido entre 0,35% em peso e 0,50% em peso.

6. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o seu teor em Ni estar compreendido entre 0,75% em peso e 1,00% em peso.

7. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o seu teor em AI estar compreendido entre 0,020% em peso e 0,045% em peso.

8. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o seu teor em N estar compreendido entre 0,007% em peso e 0,015% em peso.

9. Aço de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por possuir um tamanho de grãos austeníticos mais fino do que o correspondente a ASTM 10.

10. Utilização de um aço com a constituição de acordo com uma das reivindicações anteriores para a produção de componentes de elevada resistência por conformação a frio com subsequente endurecimento por têmpera.

11. Utilização de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por os componentes serem elementos para carregar, empurrar, elevar, transportar ou fixar cargas.

12. Utilização de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por os componentes serem elementos para a ligação de elementos estruturais.

13. Utilização de acordo com as reivindicações 10 a 12, caracterizada por os componentes sserem correntes.

14. Utilização de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por as correntes serem correntes de elos redondos.

15. Utilização de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada por as correntes serem soldadas.

16. Utilização de acordo com uma das reivindicações 10 a 15, caracterizada por os componentes possuírem uma resistência pelo menos de 1200 MPa.

17. Utilização de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por a resistência ser pelo menos de 1550 MPa.

18. Utilização de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracterizada por a resistência ser pelo menos de 1600 MPa e, em particular, pelo menos de 1650 MPa.

19. Utilização de acordo com uma das reivindicações 10 a 18, caracterizada por, para um valor de resistência pelo menos de 1550 MPa, a temperatura de transição de início de fissura (FATT) dos componentes ser no máximo de -60°C.

20. Utilização de acordo com uma das reivindicações 10 a 19, caracterizada por o valor de funcionamento por ensaio de provete entalhado ser superior a 45 J.

21. Utilização de acordo com uma das reivindicações 10 a 20, caracterizada por o material do componente possuir uma tenacidade técnica de início de fissura (Jic) superior a 170 N/mm2.

22. Utilização de acordo com a reivindicação 21, caracterizada por a tenacidade técnica de início de fissura (Jic) ser superior a 185 N/mm2.

23. Utilização de acordo com uma das reivindicações 10 a 22, caracterizada por os componentes exibirem um alongamento a rotura superior a 28%. Lisboa, 11/07/2007