BRPI0406731B1 - aço laminado a quente de muito alta resistência e processo de fabricação de tiras. - Google Patents

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO LAMI- NADO A QUENTE DE MUITO ALTA RESISTÊNCIA E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TIRAS".
A presente invenção refere-se a um aço laminado a quente de muito alta resistência, e a um processo de fabricação de tiras desse aço, cuja estrutura é bainito-martensítica e pode conter até 5% de ferrita.
Os aços de muito alta resistência foram desenvolvidos nesses últimos anos, notadamente a fim de responder às necessidades específicas da indústria automobilística, que são em especial a redução do peso e por- tanto da espessura das peças, e a melhora da segurança que passa pelo aumento da resistência à fadiga e da resistência aos choques das peças. Essas melhoras não devem por outro lado deteriorar a aptidão à conforma- ção das chapas utilizadas para a fabricação das peças.
Essa aptidão à conformação supõe que o aço apresente um a- Iongamento A grande (> 10%) assim como uma relação do limite de elastici- dade E sobre a resistência à tração Rm que tem um valor baixo.
A melhora da resistência aos choques das peças conformadas pode ser realizada de diferentes modos e, em especial, utilizando-se aços que possuem por um lado um alongamento A grande e, por outro lado, uma relação E/Rm que tem um valor baixo, o que permite depois de conformação e graças à capacidade de consolidação do aço aumentar seu limite de elas- ticidade.
A resistência em fadiga das peças define sua duração de vida em função das tensões sofridas, e pode ser melhorada aumentando-se para isso a resistência à tração Rm do aço. Mas, o aumento da resistência deteri- ora a aptidão à conformação do aço, limitando assim as peças realizáveis, em especial no que diz respeito à espessura das mesmas.
Por aço de muito alta resistência, é designado no âmbito da pre- sente invenção, um aço do qual a resistência à tração Rm é superior a 800 MPa.
É conhecida uma primeira família de aços de muito alta resistên- cia, que são aços que contêm proporções elevadas de carbono (mais de .0,1%) e de manganês (mais de 1,2%) e cuja estrutura é inteiramente mar- tensítica. Eles apresentam uma resistência de mais de 1000Mpa, obtida por um tratamento térmico de tempera, mas têm um alongamento A de menos de 8% o que impede qualquer conformação.
Uma segunda família de aços de muito alta resistência é consti- tuída por aços ditos dual phase, de estrutura que compreende cerca de 10% de ferrita e 90% de martensita. Esses aços apresentam uma conformabilida- de muito boa, mas níveis de resistência que não ultrapassam 800 MPa.
O objetivo da presente invenção é corrigir os inconvenientes dos aços da técnica anterior propondo para isso um aço laminado a quente de muito alta resistência, próprio para a conformação, e que apresenta uma resistência em fadiga e uma resistência aos choques melhoradas.
Com essa finalidade, a invenção tem como primeiro objeto um aço laminado a quente de muito alta resistência, caracterizado pelo fato de que sua composição química compreende, em peso: 0,05% <C <0,1% 0,7% < Mn < 1,1% 0,5% < Cr <1,0% 0,05% < Si < 0,3% 0,05 < Ti <0,1%
Al < 0,07 S < 0,03% P < 0,05%
o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, o dito aço tendo uma estrutura bainito-martensítica que pode conter entre 0 e 5% de ferrita em fração superficial.
Em um modo de realização preferido, a composição química compreende por outro lado, em peso: 0,08% < C < 0,09% 0,8% < Mn <1,0%
0,6% < Cr < 0,9% 0,2% < Si < 0,3% 0,05 < Ti < 0,09% Al < 0,07 S < 0,03% P < 0,05%
o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração,
Em um outro modo de realização preferido, a estrutura do aço de acordo com a invenção é constituída de 70 a 90% de bainita, de 10 a 30% de martensita e de 0 a 5% de ferrita, e de modo mais especialmente preferido, de 70 a 85% de bainita, de 15 a 30% de martensita e de 0 a 5% de ferrita.
O aço de acordo com a invenção pode também compreender as seguintes características, sozinhas ou em combinação:
- uma resistência à tração Rm superior ou igual a 950 MPa,
- um alongamento na ruptura A superior ou igual a 10%, - um limite de elasticidade E superior ou igual a 680 MPa,
- uma relação E/Rm inferior a 0,8.
A invenção também tem como segundo objeto um processo de fabricação de uma tira de aço laminado a quente de muito alta resistência de acordo com a invenção, no qual lamina-se a quente uma placa cuja compo- sição compreende:
0,05% <C <0,1% 0,7% < Mn < 1,1% 0,5% < Cr <1,0% 0,05% < Si < 0,3% 0,05 < Ti <0,1%
Al < 0,07% S < 0,03% P < 0,05%
o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, a temperatura de laminação sendo inferior a 950°C, e depois faz-se a tira assim obtida res- friar até uma temperatura inferior ou igual a 400°C, mantendo-se uma velo- cidade de resfriamento superior a 50°C/s entre 800 e 700°C, e mantendo-se a velocidade para se obter uma estrutura bainito-martensítica, e depois bo- bina-se a dita tira a uma temperatura de bobinagem inferior ou igual a .250°C.
Em um modo de realização preferido, a composição da placa é a seguinte:
.0,08% < C < 0,09% .0,8% < Mn < 1,0% .0,6% < Cr < 0,9% .0,2% < Si < 0,3% .0,05 < Ti <0,09% .Al < 0,07% S < 0,03% P < 0,05%
o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração,
Em um outro modo de realização preferido, a tira de aço lamina- do a quente é revestida de zinco ou de uma liga de zinco, por imersão em um banho de zinco ou de liga de zinco fundido, no final da bobinagem e de- pois de ter sido desembobinada, e depois recozida.
O processo de acordo com a invenção consiste primeiramente em laminar a quente uma placa de composição específica, a fim de obter uma estrutura homogênea. A temperatura de laminação é inferior a 950°C, e de preferência inferior a 900°C.
No final da laminação, faz-se a tira assim obtida resfriar até uma temperatura inferior ou igual a 400°C, mantendo-se uma velocidade de res- friamento superior a 50°C/s entre 800 e 700°C. Esse resfriamento rápido é efetuado de tal modo que forma-se menos de 5% de ferrita, da qual não se deseja a presença, pois o titânio precipitaria preferencialmente nessa fase. Essa velocidade de resfriamento é de preferência compreendida entre .50°C/s e 200°C/s.
O processo consiste em seguida em bobinar a tira a uma tempe- ratura de bobinagem inferior ou igual a 250°C. Limita-se a temperatura des- sa etapa a fim de evitar a provocação de um revenido da martensita, que diminuiria a resistência mecânica e faria subir o limite elástico, por uso de uma má relação E/Rm.
A composição de acordo com a invenção compreende carbono a um teor compreendido entre 0,05% e 0,100%. Esse elemento é essencial para a obtenção de boas características mecânicas, mas não deve estar presente em quantidade grande demais, pois ele poderia gerar segregações. Um teor em carbono inferior a 0,100 permite notadamente que se tenha uma boa soldabilidade, e uma melhora das propriedades de conformação e de limite de resistência.
Ela compreende também manganês a um teor compreendido entre 0,7% e 1,1%. O manganês melhora o limite de elasticidade do aço ao mesmo tempo em que reduz bastante sua ductilidade, é por essa razão que limita-se seu teor. Um teor inferior a 1,1% permite também evitar qualquer segregação por ocasião do Iingotamento contínuo.
A composição compreende também cromo a um teor compreen- dido entre 0,50% e 1,0%. Um teor mínimo de 0,50% permite favorecer o a- parecimento da bainita na microestrutura. Limita-se no entanto seu teor a 1,0% pois um teor elevado em cromo favoreceria o aumento da quantidade de ferrita formada para além de 5%, em razão de seu caráter alfagênico.
A composição compreende também silício a um teor compreen- dido entre 0,05% e 0,3%. Ele melhora bastante o limite de elasticidade do aço ao mesmo tempo em que reduz pouco sua ductilidade e em que deterio- ra assim sua revestibilidade, o que explica porque seu teor é limitado.
A composição compreende também titânio a um teor compreen- dido entre 0,05 e 0,1%. Esse elemento permite aumentar notavelmente as características mecânicas por um fenômeno de precipitação no decorrer da laminação e do resfriamento. Ele não aumenta a dureza a quente devido ao fato de seu teor moderado. Limita-se seu teor a 0,1% para evitar degradar as propriedades de resistência ao choque, a dureza a quente, assim como a aptidão a dobragem.
A composição pode também compreender fósforo a um teor infe- rior a 0,05%, pois acima disso ele poderia apresentar problemas de segre- gação por ocasião do iingotamento contínuo.
A composição compreende também alumínio a um teor compre- endido inferior a 0,07%, que permite a acalmação do aço por ocasião de sua elaboração na aciaria.
Exemplos
A título de exemplo não-limitativo, e a fim de melhor ilustrar a invenção, uma composição de aço foi elaborada. Sua composição é dada na tabela seguinte: <table>table see original document page 7</column></row><table>
O resto da composição é constituído por ferro e por impurezas inevitáveis que resultam da elaboração. Abreviações empregadas
Rm: resistência à tração em MPa Rp0,2: limite de elasticidade em MPa A: alongamento, medido em %
A partir da composição A, foram preparadas três amostras, Iami- nando-se as mesmas a 860°C, e depois submetendo-se as mesmas a cami- nhos termomecânicos diferentes. Faz-se variar as velocidades de resfria- mento entre 800 e 700°C, assim como a temperatura de bobinagem, a fim de colocar em evidência as diferentes estruturas obtidas.
Mede-se em seguida as características mecânicas dos aços ob- tidos. Os resultados estão reunidos na tabela seguinte:
<table>table see original document page 7</column></row><table>
* de acordo com a invenção.
A microestrutura do teste 1, de acordo com a invenção, é baini- to-martensítica, enquanto que a microestrutura dos testes 2 e 3 é ferrito- bainítica.
É constatado que uma velocidade de resfriamento entre 800 e .700°C inferior a 50°C/s, induz uma presença de ferrita em uma proporção superior a 5%. O titânio vai nesse caso precipitar nessa ferrita, o que não permite mais obter o nível de características mecânicas procurado, em es- pecial uma Rm elevada.
Por outro lado, uma temperatura de bobinagem superior a250°C, associada a uma velocidade de resfriamento entre 800 e 700°C infe- rior a 50°C/s, aumenta o limite de elasticidade sem aumentar a resistência mecânica. A relação E/Rm é portanto elevada demais.
Finalmente, é constatado que uma velocidade de resfriamento entre 800 e 700°C superior a 50°C/s, associada a uma temperatura de bobi- nagem inferior a 250°C, dá excelentes valores de resistência mecânica e de limite de elasticidade. A estrutura essencialmente bainito-martensítica confe- re ao produto uma boa relação E/Rm e um alongamento superior a 10%.
Por outro lado, o aço de acordo com a invenção apresenta uma boa aptidão para o revestimento por imersão em um banho de metal fundido, tal como zinco ou uma liga de zinco, ou como alumínio ou uma de suas li- gas.

Claims (10)

1. Aço laminado a quente de muito alta resistência, com uma composição química que compreende, em peso: 0,05% <C <0,1% 0,7% < Mn <1,1% 0,5% < Cr < 1,0% 0,05% < Si < 0,3% 0,05% < Ti <0,1% Al < 0,07% S <0,03% P < 0,05% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, caracterizado pelo fato de que o dito aço possui uma estrutura bainito-martensítica que pode conter entre 0 e 5% de ferrita em fração super- ficial.
2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que sua composição compreende por outro lado: 0,08% < C < 0,09% 0,8% < Mn <1,0% 0,6% < Cr < 0,9% 0,2% < Si < 0,3% 0,05 < Ti < 0,09% Al < 0,07 S < 0,03% P < 0,05% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, o dito aço tendo uma estrutura bainito-martensítica que pode conter entre 0 e 5% de ferrita em fração superficial.
3. Aço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por outro lado pelo fato de que sua estrutura é constituída de 70 a 90% de baini- ta, de 10 a 30% de martensita e de 0 a 5% de ferrita.
4. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ele apresenta uma resistência à tração Rm superior ou igual a 950 MPa.
5. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que ele apresenta um alongamento na ruptura A superior ou igual a 10%.
6. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que ele apresenta um limite de elasticidade E su- perior ou igual a 680 MPa.
7. Aço de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que ele apresenta uma relação E/Rm inferior a 0,8.
8. Processo de fabricação de uma tira de aço laminado a quente de muito alta resistência de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que lamina-se a quente uma placa cuja composição compreende: 0,05% < C <0,1% 0,7% < Mn <1,1% 0,5% < Cr < 1,0% 0,05% < Si < 0,3% 0,05 < Ti < 0,1% Al < 0,07 S < 0,03% P < 0,05% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, a temperatura de laminação sendo inferior a 950°C, e depois faz-se a tira assim obtida resfriar até uma temperatura inferior ou igual a 400°C, mantendo-se uma velocidade de resfriamento superior a 50°C/s en- tre 800 e 700°C, e mantendo-se a velocidade para se obter uma estrutura bainito-martensítica e depois bobina-se a dita tira a uma temperatura de bo- binagem inferior ou igual a 250°C.
9. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 8, ca- racterizado por outro lado pelo fato de que lamina-se a quente uma placa cuja composição compreende: <formula>formula see original document page 11</formula> o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração,
10. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 8 ou9, caracterizado pelo fato de que a tira de aço laminado a quente é revestida de zinco ou de uma liga de zinco, por imersão em um banho de zinco ou de liga de zinco fundido, no final da dita bobinagem e depois de ter sido desem- bobinada, e depois recozida.
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