BRPI0607524B1 - aço e método de sua produção - Google Patents

Abstract

aço de excelente dureza na zona afetada pelo calor da soldagem. a presente invenção refere-se a um aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelo calor da soldagem caracterizado por conter, em % em massa, o: 0,02 a 0,06%, si: 0,05 a 0,30%, mn: 1,7 a 2,7%, p: 0,015% ou menos, s: 0,010% ou menos, ti: 0,005 a 0,015%, o: 0,0010 a 0,0045%, e n: 0,0020 a 0,0060% e compreendendo um saldo de ferro e das inevitáveis impurezas, tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a aí: 0,004% ou menos, nb: 0,003% ou menos, e v: 0,030% ou menos, e tendo um ceh representado pela formula (a) de 0,04 ou menos: ceh = c+1/4si-1/24mn+1/48cu+1/32ni+1/0,4nb+1/2v ... (a) onde c, si, mn, ou, ni, nb, e v representam composições no aço (% em massa).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO E MÉTODO DE SUA PRODUÇÃO".

Campo Técnico A presente invenção refere-se a um aço excelente em tenacidade na zona termicamente afetada (ZTA - “HAZ”, em inglês) pelo calor da solda, na soldagem de pequenas a médias entradas de calor, e a um método de sua produção.

Antecedentes da Técnica A tenacidade na ZTA de um aço de baixa liga é governada por vários fatores tais como (1) o tamanho dos grãos de cristal, (2) o estado de dispersão das fases duras tais como martensita de alto carbono (M*), bainita superior (Bu), e ferrita de placas laterais (FSP), (3) o estado de endurecimento da precipitação, (4) a presença de qualquer fragilidade intergranular, e (5) a micro-segregação dos elementos. Esses fatores são conhecidos como tendo um grande efeito sobre a tenacidade. Muitas tecnologias estão sendo comercializadas para melhorar a tenacidade na ZTA. É seguro dizer que tais fatores inibidores da tenacidade são provocados pelos elementos aditivos. A redução do teor do elemento da liga aumenta a tenacidade. Entretanto, uma maior resistência está sendo sempre buscada em aços estruturais. Por isso, a adição de elementos de liga é necessária. Isto é, as demandas de resistência e tenacidade são contraditórias do ponto de vista do teor de elemento de liga. Uma tecnologia de aumento da tenacidade que não dependa dos elementos da liga tem sido buscada.

Como tecnologia particularmente excelente, é conhecido usar-se aço que não inclua substancialmente qualquer Al para tornar a microestrutu-ra mais fina e em adição equilibre corretamente os elementos Ti, O, e N para suprimir a precipitação de TiC e reduzir o endurecimento da precipitação e portanto melhorar a tenacidade (Pedido de Patente Japonesa (a) N° 5-247531). Nesse caso, a tenacidade na zona termicamente afetada (ZTA) pela soldagem é determinada pelo equilíbrio dos efeitos da microestrutura e dos efeitos da camada endurecida que inclui M*. Na técnica anterior, isto foi resolvido melhorando-se a tenacidade da matriz do material base pelo NI ou similares. Entretanto, a adição de grandes quantidades de Cu, Ni, e outros elementos de liga caros, necessária para a realização dessa tecnologia, provoca um aumento nos custos de produção. Isto se torna um obstáculo na produção de um aço de alta resistência que possui boas propriedades CTOD (“Crack Tip Opening Displacement”, definido na norma internacional ASTM -E1820). O ponto do aço conforme esta invenção não incluindo substancialmente qualquer Al e Nb é feito uso na presente invenção também. Entretanto, nessa invenção, o teor de C é alto, então o problema da queda na tenacidade quando se aumenta o teor de Mn permanece sem solução. Também havia uma preocupação de as impurezas Nb e V terem um efeito prejudicial na tenacidade.

Além disso, o Pedido de Patente Japonesa (A) N° 2003-147484 segue o pensamento do Pedido de Patente Japonesa (A) N° 5-247531 e, enquanto faz uso de óxidos de Ti, adiciona Nb e aumenta o teor de Mn. Isto faz a temperatura de partida da transformação austenita-ferrita cair para assim suprimir a formação de fases duras e simultaneamente obter uma mi-croestrutura adequada para assim satisfazer a propriedade -10Ό CTOD. Entretanto, a invenção desse Pedido de Patente Japonesa (A) N° 2003-147484 não satisfaz suficientemente a propriedade CTOD necessária de juntas soldadas no nível mais duro de -40Ό ou meno s.

Descrição da Invenção A presente invenção fornece tecnologia que produz sem altos custos aço de alta resistência excelente em tenacidade em soldagem de múltiplas camadas de pequenas ou médias entradas de calor. O aço produzido pela presente invenção é extremamente bom na propriedade CTOD de zonas de soldagem de múltiplas camadas de pequena e média entrada de calor entre os níveis de tenacidade das zonas afetadas pelo calor da soldagem. A essência da presente invenção é como segue: (1) Um aço excelente em tenacidade em uma zona termicamen-te afetada (ZTA) pelo calor da soldagem caracterizado por conter, em % em massa, C: 0,02 a 0,06%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 1,7 a 2,7%, P: 0,015% ou menos, S: 0,010% ou menos, Ti: 0,005 a 0,015%, O: 0,0010 a 0,0045% , e N: 0,0020 a 0,0060% e compreendendo um saldo de ferro e das inevitáveis impurezas, tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a Al: 0,004% ou menos, Nb: 0,003% ou menos, e V: 0,030% ou menos, e tendo um CeH representado pela fórmula (A) na faixa de 0,04 ou menos: CeH = C+1/4Si-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V ... (A) onde C, Si, Mn, Cu, Ni, Nb, e V representam composições no aço (% em massa). (2) Um aço excelente em tenacidade em uma zona termicamen-te afetada (ZTA) pelo calor da soldagem conforme apresentado no item (1), caracterizado pelo fato de que o CeH está na faixa de 0,01 ou menos. (3) Um aço excelente em tenacidade em uma zona termicamen-te afetada (ZTA) pelo calor da soldagem conforme apresentado nos itens (1) e (2), caracterizado por também conter, em % em massa, um tipo ou dois tipos de Cu: 0,25% ou menos e Ni: 0,50% ou menos. (4) Um método de produção do aço excelente em tenacidade em uma zona termicamente afetada (ZTA), caracterizado pelo aquecimento de uma placa que satisfaça os ingredientes do aço e o CeH de (1) ou (g) até uma temperatura de 1100Ό ou menos, e então tratand o-o pelo processo de controle termomecânico. (5) Um método de produção do aço excelente em tenacidade em uma zona termicamente afetada (ZTA) pelo calor da soldagem, caracterizado pelo aquecimento de uma placa que satisfaça os ingredientes do aço e o CeH de (3) até uma temperatura de 1100Ό ou menos, e então tratando-o pelo processo de controle termomecânico.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma vista mostrando a relação de um tempo de resfriamento de 800 para δΟΟΌ e uma fração de M*. A figura 2 é uma vista mostrando a relação do CeH e das propriedades CTOD.

Melhor Forma de Execução da Invenção De acordo com a pesquisa dos presentes inventores, a proprie- dade CTOD da ZTA no momento da entrada pequena ou média de calor de soldagem (1,5 a 6,0 kJ/mm com uma espessura de chapa de 50 mm) (propriedade CTOD a uma temperatura de -4013 ou menor) é governada pela tenacidade de regiões extremamente locais. O controle da microestrutura dessa porção e a redução dos elementos de fragilidade são importantes. Em outras palavras, a propriedade CTOD não é a propriedade média do material, mas é governada pelas zonas de fragilidade local. Se houver regiões que provoquem fragilidade, mesmo que em apenas parte do material de aço, a propriedade CTOD da chapa de aço será prejudicada notavelmente.

Especificamente, as regiões locais que exercem maior efeito na propriedade CTOD são a M*, ferrita de placas laterais (FSP) e outras fases duras. Para suprimir a formação desse tipo de fase dura, no passado foi necessário manter baixa a capacidade de endurecimento do aço. Isto se tornou um fator inibidor da alta resistência. A presente invenção é caracterizada pelas seguintes descobertas e sua configuração em um aço de alta tenacidade HAZ. Especificamente, 1) Em uma ZTA com entrada de calor de soldagem pequena ou média, geralmente o tempo de resfriamento após a soldagem está dentro de 60 segundos. Os inventores descobriram que, sob tais condições de resfriamento, se o teor de C for suficientemente baixo, controlando-se adequadamente outros elementos fragilizadores, mesmo se adicionar Mn até 27%, o M* que exerce um efeito negativo na tenacidade não é mais formado. A figura 1 mostra a fração M* quando se muda a quantidade de Mn de 1,7% para 2,7% com 0,05% de C, 0,15% de Si. É entendido que mesmo se o teor de Mn muda, se o tempo de resfriamento de 800 a 500Ό está dentro de 60 segundos ou algo assim, a fração M* torna-se muito pequena. Como resultado, torna-se possível aumentar o teor de Mn para o qual a adição em uma grande quantidade foi imaginada ser impossível no passado devido a provocar deterioração na tenacidade. 2) Os inventores descobriram que os ingredientes do aço poderíam ser feitos adequados em um aço à base de menos alumínio. 3) Os inventores eliminaram os fatores inesperados que redu- zem a tenacidade pela limitação do Al, Nb e V presentes como impurezas no aço até certos limites ou menos.

Isto é, empregando-se aço à base de menos Al torna-se possível formar TiO com confiança e melhorar eficazmente a tenacidade.

Combinando-se esses três pontos, tornou-se possível obter uma boa propriedade CTOD sob difíceis condições de temperatura de -20Ό ou menos em uma pequena ou média entrada de calor de soldagem na ZTA que não pode ser alcançado até agora.

Mesmo quando é formada muito pouca Μ*, o controle dos elementos de fragilização C, Si, Cu, Ni, Nb, V e similares é essencial. Especificamente, é essencial controlar-se o valor CeH de C+1/4SÍ-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V até uma faixa predeterminada. A figura 2 mostra os resultados quando se produzem 20 kg de aço dos ingredientes de 0,05% de C - 0,15% de Si - 1,7 a 2,7% de Mn por fusão a vácuo, laminando-o para chapa de aço, transmitindo-lhe uma historia de calor de uma junta real soldada três vezes por um equipamento de ciclo térmico simulado, e então executando um teste CTOD. Tôc 0,1 é a temperatura quando o menor valor dos três valores do testes CTOD em diferentes temperaturas de teste é de 0,1 mm. Há uma clara tendência para o Tôc 0,1 (propriedade CTOD) tornar-se linearmente substancialmente excelente à medida que o CeH cai. Se o CeH cai para em torno de 0,01, é verificado que Tôc 0,1 alcança -60Ό.

Isto é, satisfazendo os requisitos do aço da presente invenção e controlando-se o CeH, a propriedade CTOD pretendida pode ser obtida. Com o aço da presente invenção, o controle do valor de CeH conforme a propriedade CTOD requerida é um dos aspectos que caracterizam a invenção. Em adição ao controle do valor de CeH, a retificação dos teores dos outros elementos de liga é necessária para produzir o aço fornecido tanto com a alta resistência quanto com a propriedade CTOD superior. Abaixo, serão explicadas as faixas de limitação e as razões. O C tem que ser 0,02% ou mais para se obter resistência, mas se estiver acima de 0,06%, ele degrada a tenacidade na ZTA de soldagem e não permite a satisfação de uma boa propriedade CTOD, então 0,06% é tornado o limite superior. O Si inibe a tenacidade na ZTA, então uma quantidade menor é preferível de modo a se obter uma boa tenacidade na ZTA. Entretanto, com o aço convencional, nenhum Al é adicionado, então a adição de 0,05% ou mais é necessária para a desoxidação. Entretanto, se o teor estiver acima de 0,30%, a tenacidade na ZTA é prejudicada, então 0,30% é tornado o limite superior. O Mn é um elemento barato com um grande efeito de retificação da microestrutura e diminuição do CeH, então sua adição não prejudica a tenacidade da HAZ de pequena e média entrada de calor, portanto é desejável tornar o seu teor alto para se obter uma alta resistência. Entretanto, se for acima de 2,7%, ele promove a segregação da placa e facilita a formação de Bu (bainita superior) prejudicial à tenacidade, então o teor foi feito até um limite superior de 2,7%, Além disso, se for de menos de 1,7%, o efeito é pequeno, então o limite inferior foi feito 1,7%. Note que do ponto de vista de tenacidade, acima de 2,0% é mais preferível. O P e o S devem ambos ser pequenos em quantidade dos pontos de vista da tenacidade do material base e da tenacidade na ZTA, mas há limites para sua redução na produção industrial. 0,015% e 0,010%, preferivelmente 0,008% e 0,003%, foram portanto tornados seus limites superiores. O Al não é deliberadamente adicionado na presente invenção, mas inclusões como impurezas no aço são inevitáveis. Estas formam óxidos de Al que inibem a formação de óxidos de Ti, então um teor menor é desejável, mas há limites para sua redução na produção industrial. 0,004% é portanto o limite superior. O Ti forma oxido de Ti e torna a microestrutura mais fina, então contribui grandemente para a melhoria da tenacidade, mas se o teor for muito alto, ele forma TiC. Isto degrada a tenacidade na ZTA, então 0,005 a 0,015% é uma faixa adequada. O O (oxigênio) é necessário para a formação de uma grande quantidade de oxido de Ti. Se menor que 0,0010%, o efeito é pequeno, en- quanto se acima de 0,0045%, ele forma oxido de Ti bruto e degrada pronunciadamente a tenacidade, então a faixa de teor foi feita 0,0010 a 0,0045%. O N é necessário para formar nitretos finos de Ti e melhorar a tenacidade do material base e a tenacidade na ZTA, mas se for menor que 0,002% o efeito é pequeno, enquanto se for acima de 0,006% são formados defeitos de superfície no momento da produção da barra, então o limite superior foi feito 0,006%.

Além disso, o Nb e ο V são inerentemente elementos de fragilização. Conforme mostrado pelo grande coeficiente na fórmula (A), sua presença faz o CeH crescer grandemente e faz a tenacidade na ZTA cair notavelmente, então esses não são deliberadamente adicionados na presente invenção. Mesmo quando incluídos como impurezas no aço, para garantir a tenacidade, o Nb tem que ser limitado a 0,003% ou menos. Além disso, ο V tem que ser limitado a 0,030% ou menos, preferivelmente 0,020% ou menos.

Cu e Ni resultam em uma pequena deterioração da tenacidade na HAZ devido à sua adição, têm o efeito de aumentar a resistência do material base, e são eficazes para uma outra melhoria das propriedades, mas aumentam os custos de produção, então os limites superiores dos teores quando adicionados foram feitos: Cu: 0,25% e Ni: 0,50%.

Mesmo se limitarmos os ingredientes no aço da forma acima, se não formar uma estrutura adequada por um método de produção adequado, os efeitos desejados não podem ser exibidos. Devido a isso, as condições de produção também têm que ser consideradas. O aço da presente invenção é preferivelmente produzido industrialmente por lingotamento contínuo. As razões são que a taxa de resfriamento de solidificação do aço fundido é rápida e é possível formar óxidos finos de Ti e nitretos de Ti em grandes quantidades na placa. Quando se lamina a placa, a temperatura de reaquecimento tem que ser feita 1100Ό ou menos. Se a temperatura de reaquecimento exceder 1100Ό, os nitretos de Ti tornam-se mais brutos, a tenacidade do material base diminui, e o efeito de melhoria da tenacidade na ZTA não pode ser esperado. A seguir, o método de produção após o reaquecimento requer tratamento pelo processo de controle termomecânico. A razão é que mesmo se uma tenacidade superior na ZTA for obtida, se a tenacidade do material base for inferior, o produto de aço é insuficiente. Como métodos de tratamento pelo processo de controle termomecânico, 1) laminação controlada, 2) controle de laminação-resfriamento acelerado, 3) têmper-revenido direto após a laminação, etc. podem ser mencionados, mas os métodos preferidos são laminação controlada-resfriamento acelerado e o resfriamento-revenido direto após a laminação.

Note que após a produção do aço, mesmo se reaquecermos até uma temperatura do ponto de transformação Ar3 ou maior com o propósito de desidrogenação etc. os aspectos característicos da presente invenção não são prejudicados.

Além disso, o método acima mencionado é um exemplo de um método de produção do aço da presente invenção. O método de produção do aço da presente invenção não é limitado ao método acima.

Exemplos Chapas de aço de espessura grossa de vários ingredientes de aço foram produzidas pelo processo de lingotamento de chapas de bitola grossa por conversor contínuo. A resistência do material base foi determinada e o teste CTOD das juntas soldadas foi executado. A soldagem foi executada pelo método de soldagem de arco submerso (SAW), usado geralmente para soldagem de teste, com uma entrada de calor de soldagem de 4,5 a 5,0 kJ/mm na ranhura K de forma que a linha de fusão da solda (FL) se torne perpendicular. O teste CTOD foi executado por uma chapa de uma dimensão de t (espessura da chapa) x 2t entalhada pela introdução de uma fratura de fadiga na locação FL. A Tabela 1 mostra exemplos da presente invenção e exemplos comparativos. A chapa de aço produzida pela presente invenção (Aços da invenção nos 1 a 20) tiveram limites de elasticidade (YS) de 430 N/mm2 ou mais e apresentaram boa tenacidade de ruptura dos valores CTOD a -200, -400 e -600, todos de 0,27 mm ou mais.

Em oposição a isso, os Aços Comparativos 21 a 26 tiveram re- sistências e valores CTOD inferiores aos aços da invenção, e não possuem as propriedades necessárias como chapas de aço usadas sob ambientes severos. O Aço comparativo 21 teve adicionado o Nb, portanto o teor de Nb da chapa de aço tornou-se alto, então o valor CTOD foi um valor baixo. O aço comparativo 22 teve um teor de C muito alto e também um valor de CeH muito alto, então o valor CTOD foi um valor baixo. Os aços comparativos 23 e 24 tiveram CeH’s baixos, mas o teor de Al foi muito alto, os óxidos de Ti foram formados insuficientemente, e a microestrutura não foi tornada suficientemente mais fina. O aço comparativo 25 teve um CeH de cerca do mesmo valor do aço da invenção, mas o teor de C foi muito baixo e o teor de O foi muito alto, então a resistência do material base foi baixa e o valor CTOD foi um valor baixo. O aço comparativo 26 teve uma quantidade excessivamente alta de Nb misturada como uma impureza, então apesar do CeH ser baixo, a resistência do material base e o valor CTOD foram valores baixos. _çç φ ,Ω CO I- CNI Ü9 <D (0 I- Método de tratamento de aquecimento no trabalho: CR: laminação controlada (laminação em uma região ótima de temperatura para resistência e tenacidade) ACC: resfriamento acelerado (a água resfria abaixo da região de temperatura de 400 a 600Ό após a laminação control ada) DQ: Resfriamento-têmpera direto após a laminação Aplicabilidade Industrial O aço produzido pela presente invenção tem alta resistência, tem uma propriedade CTOD extremamente boa da parte FL onde a tenacidade se degrada na maioria do tempo da soldagem, e apresenta tenacidade superior. Devido a isso, tornou-se possível a produção de um produto de aço de alta resistência que possa ser usado em estruturas ao largo, edifícios resistentes a terremotos, e outros ambientes severos.

Claims (3)

1. Aço caracterizado por conter, em % em massa, C: 0,02 a 0,06%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 1,7 a 2,7%, P: 0,015% ou menos, S: 0,010% ou menos, Ti: 0,005 a 0,015%, O: 0,0010 a 0,0045%, e N: 0,0020 a 0,0060%, e ainda opcionalmente, em % em massa, um tipo ou dois tipos de Cu: 0,25% ou menos e Ni: 0,50% ou menos, com um saldo de ferro e inevitáveis impurezas, tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a Al: 0,004% ou menos, Nb: 0,003% ou menos, e V: 0,030% ou menos, e tendo um CeH representado pela fórmula (A) na faixa de 0,04 ou menos: CeH = C+1/4Si-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V ... (A) onde C, Si, Mn, Cu, Ni, Nb, e V representam ingredientes no aço (% em massa).

2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o CeH está na faixa de 0,01 ou menos.

3. Método de produção de aço, caracterizado pelo aquecimento de uma placa que satisfaça as composições do aço e o CeH como definidos na reivindicação 1 até uma temperatura de 1100Ό ou menos, e então pelo seu tratamento por um processo de controle termomecânico.