BRPI0615885B1 - Aço e método de produção de chapa de aço - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO E MÉ- TODO DE PRODUÇÃO DE CHAPA DE AÇO".

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a um aço resistente à abrasão tendo uma dureza de HB400 a HB520 requerida pelo maquinário de cons- trução, pelo maquinário industrial, etc., tendo pouca mudança na dureza du- rante o uso, e superior em tenacidade e a um método de produção de chapa de aço.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA É desnecessário dizer que o aço resistente à abrasão precisa ter uma propriedade de resistência à abrasão estável por um longo prazo e ser capaz de suportar o uso por longo prazo. Para os vários tipos de danos cau- sados pelo ambiente durante o uso de aço resistente à abrasão, invenções anteriores descreveram melhorias na resistência à fratura retardada e a re- sistência à fratura a quente e, além disso, a tenacidade a baixa temperatura, prevendo o uso a baixas temperaturas, etc.

Por exemplo, como tecnologia fornecedora da técnica para pro- dução de chapas de aço superior em resistência à fratura retardada por meio da redução do Mn (por exemplo, veja a Publicação de Patente Japonesa (A) n° 60-59019) e, além disso, a técnica de aplicação de um método de trata- mento de revenido do aço a uma baixa temperatura de 200 a 50013 (por e- xemplo, a Publicação de Patente Japonesa (A) n° 63-317623) foram relatadas.

Para esse propósito de fornecer um aço superior em resistência à fratura a quente, a tecnologia de produção limitando Mn, Cr, Mo, e outros ingredientes (por exemplo, veja a Publicação de Patente Japonesa (A) n° 1- 172514) e, além disso, como tecnologia para produção de aço superior em tenacidade a baixa temperatura, a tecnologia de usar principalmente ele- mentos de ligação e de limitar esses ingredientes (veja, por exemplo, a Pu- blicação de Patente Japonesa (A) n° 2001-49387, a Publicação de Patente Japonesa (A) n° 2005-179783. e a Publicação de Patente Japonesa (A) n° 2004-10996) foram descritas.

As invenções acima são invenções superiores em linha com seus objetivos, mas nenhuma invenção pode ser descoberta até o momento capaz de manter uma dureza estável por um longo período de tempo, a pro- priedade mais básica esperada de aços resistentes à abrasão em geral, isto é, notando-se a mudança na dureza de um material usado por um longo pe- ríodo de tempo a uma temperatura próxima da temperatura ambiente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em anos recentes, devido às demandas sociais por economia de energia e economia de recursos, a estabilidade por longo prazo está sendo buscada para a resistência à abrasão, resistência à corrosão, e outras pro- priedades necessárias para manter o desempenho do material por um longo tempo. Em particular, o aço resistente à abrasão é usado em vários ambien- tes abrasivos, mas mesmo em ambientes de uso à temperatura ambiente, é sabido que a superfície abrasiva é exposta à temperatura ambiente até 100°C aproximadamente por um longo período de tempo devido ao calor da abrasão. Entretanto, a mudança as propriedades do aço resistente à abra- são em uma região de temperatura levemente maior que a temperatura am- biente dessa forma, em particular a dureza, não foram absolutamente muito investigadas. A presente invenção tem como seu objetivo o fornecimento de um aço resistente à abrasão, de alta dureza, com pouca mudança na dureza durante o uso por longo prazo sob esse ambiente e um método de produção do mesmo. A presente invenção foi feita para resolver esse problema e for- necer a tecnologia necessária para manter a dureza estável por um longo período de tempo no aço resistente à abrasão e tem como sua estrutura: (1) Um aço resistente à abrasão, de alta dureza, com pouca mu- dança na dureza durante o uso caracterizado por conter, em% em massa, C: 0,21% a 0,30%, Si: 0,30 a 1,00%, Mn: 0,32 a 0,70%, P: 0,02 ou menos, S: 0,01% ou menos, Cr: 0,1 a 2,0%, Mo: 0,1 a 1,0%, B: 0,0003 a 0,0030%, Al: 0,01 a 0,1%, e N: 0,01% ou menos, tendo um saldo de Fe e das inevitáveis impurezas, e além disso tendo um ingrediente com um valor M definido pela fórmula (1) a seguir de M: -10 a 16: M = 26x[Si]-40x[Mn]-3x[Cr]+36x[Mo]+63x[V] ... (1) (2) Um aço resistente à abrasão, de alta dureza, com pouca mu- dança na dureza durante o uso conforme apresentado no item (1) acima, caracterizado por também conter um ou mais entre V: 0,01 a 0,1%, Nb: 0,005 a 0,05%, Ti: 0,005 a 0,03%, Ca: 0,0005 a 0,05%, Mg: 0,0005 a 0,05%, e REM: 0,001 a 0,1%. (3) Um método de produção de chapas de aço resistentes à a- brasão, de alta dureza, com pouca mudança na dureza durante o uso carac- terizado pela laminação do aço a quente tendo os ingredientes químicos conforme apresentado nos itens (1) e (2) acima, e então resfriando-se brus- camente o mesmo a partir de uma temperatura do ponto Ac3 ou maior. (4) Um método de produção de chapa de aço resistente à abra- são, de alta dureza, com pouca mudança na dureza durante o uso, caracte- rizado pelo aquecimento do aço que tem os ingredientes químicos conforme apresentado no item (1) ou (2) acima até 1000°C a 1270°C, e então laminando- se o mesmo a quente a uma temperatura de 850°C ou mais, e então após o acabamento do mesmo, imediatamente resfriando-se bruscamente o aço. A presente invenção descobriu a faixa de ingredientes para evi- tar uma mudança na dureza durante o uso a longo prazo e o valor M servin- do como indicador no projeto da liga no aço resistente à abrasão usado em geral à temperatura ambiente e, portanto, pode fornecer uma chapa da aço capaz de melhorar notavelmente a vida da abrasão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 é uma vista mostrando os efeitos dos elementos da liga nas mudanças na dureza após ser mantido a 150°C por 10 horas. A figura 2 é uma vista mostrando os efeitos dos elementos da liga na absorção de energia de charpy à -20°C depois mantida a 150°C por tOh.

MELHOR FORMA DE EXECUCÁO DA INVENÇÃO

Na execução da presente invenção, a designação das quantida- des de adição de elementos de ligação é extremamente importante para a dureza e a tenacidade de um material de aço resistente à abrasão. Primei- ramente, serão explicadas as razões para definir os ingredientes do aço na presente invenção. C: Este é o elemento mais importante para melhorar a dureza.

Para garantir a dureza resfriada, a adição de 0,21% ou mais é necessária, mas se for acima de 0,30%, a dureza torna-se muito alta e a resistência à fratura pelo hidrogênio é notavelmente prejudicada, então o limite superior é feito 0,30%.

Si: Este elemento é eficaz como material desoxidante e um ele- mento que suprime a queda na dureza durante o uso. Com a adição de 0,30% ou mais, um efeito notável é observado, mas se mais de 1,00% forem adicionados, a dureza é suscetível de ser prejudicada, então 1,0% ou menos é tornado o limite superior.

Mn: Esse elemento é eficaz principalmente para aumentar a ca- pacidade de endurecimento. 0,32% ou mais são necessários. Ele promove a formação de cementita na martensita a uma baixa temperatura, então age para a queda na dureza durante o uso. A adição de uma grande quantidade não é desejável, então a faixa é tornada 0,32% a 0,70%. P: Se esse elemento estiver presente em uma grande quantida- de, ele provoca a queda da tenacidade, então quanto menos, melhor. O limi- te superior do teor é tornado 0,02%. O teor inevitavelmente incluído deve ser reduzido tanto quanto possível. S: Se presente em uma grande quantidade, ele provoca a queda da tenacidade, então quanto menor a sua quantidade, melhor. O limite supe- rior do teor é tornado 0,01%. O S, como o P, deve ser reduzido tanto quanto possível como uma inclusão inevitável.

Cr: Este é um elemento que melhora a capacidade de endureci- mento. Uma adição de 0,1% ou mais é necessária, mas se uma grande quantidade for adicionada, a tenacidade é suscetível de ser reduzida, então o limite superior é tornado 0,2% ou menos.

Mo: Este elemento age para melhorar a capacidade de endure- cimento e simultaneamente suprime qualquer mudança de dureza enquanto estiver sendo usado por um longo período de tempo. A adição de 0,1% ou mais é necessária, mas se mais de 1,0% forem adicionados a tenacidade é suscetível de ser prejudicada, então o limite superior é tornado 1,0%. B: Este elemento suprime a formação de ferritas e melhora nota- velmente a capacidade de endurecimento. A adição de 0,0003% ou mais é necessária. Com uma adição acima de 0,0030%, são produzidos compostos de boro e conseqüentemente a capacidade de endurecimento tende a cair, então o limite superior é feito 0,003%.

Al: Este elemento é adicionado como elemento desoxidante no aço. 0,01% ou mais são necessários, mas uma adição acima de 0,1% tende a obstruir a tenacidade, então o limite superior é tornado 0,1%. N: Se esse elemento for adicionado em uma grande quantidade ao aço, ele faz a tenacidade cair, então quanto menos melhor. O limite supe- rior do teor é tornado 0,01 % ou menos.

Os elementos acima foram os elementos básicos da presente invenção, mas a presente invenção pode também ter adicionados a ela V, Nb, e Ti como elementos que melhoram a dureza e a tenacidade do material matriz e um ou mais entre Ca, Mg e REMs com o propósito de melhorar a ductilidade e a tenacidade. V: Este elemento melhora a capacidade de endurecimento e contribui para melhoria da dureza. A adição de 0,01% ou mais é necessária, mas uma adição excessiva prejudica a tenacidade, então seu limite superior é tornado 0,1%.

Nb e Ti: Esses são elementos que podem melhorar a tenacidade pelo aumento da finura dos grãos de cristal do material matriz. Um efeito é obtido com a adição de 0,005% de qualquer um desses elementos, mas uma adição notável é suscetível de prejudicar a tenacidade através da formação de carbonitretos ou outros precipitados brutos, então as quantidades de adi- ção são feitas nas faixas de Nb: 0,005 a 0,05% e Ti: 0,005 a 0,03%.

Ca, Mg e REMs: Esses elementos são eficazes como elementos para prevenir uma queda na ductilidade devido ao desenvolvimento de sulfe- tos durante a laminação a quente. Ca e Mg apresentam esse efeito quando adicionados em quantidades de 0,0005% ou mais, enquanto os REMs apre- sentam esse efeito quando adicionados em quantidades de 0,001% ou mais, mas uma adição excessiva pode provocar o embrutecimento dos sulfetos e simultaneamente a formaçao de óxidos brutos no momento da fusão. Por- tanto, as faixas de adição são Ca: 0,0005 a 0,05%, Mg: 0,0005 a 0,05%, e REMs: 0,001 a 0,1%.

Com base nas faixas de ingredientes acima, a presente inven- ção também usa a fórmula (1) a seguir para limitar a faixa do valor de M: M=26x[Si]-40x[Mn]-3x[Cr]+36x[Mo]+63x9V] ... (1) Os inventores se engajaram em numerosas experiências e como resultado esclareceram que, em aços resistentes à abrasão, a mudança na dureza no caso de ser mantido à temperatura ambiente até próximo de 100°C por um longo período de tempo depende em grande parte dos ele- mentos de ligação. A figura 1 plota as diferenças entre a dureza após o res- friamento brusco da chapa de aço laminada a quente, que contém: 0,23- 0,26% de C, 0,20 a 0,80% de Si, 0,35 a 1,23% de Mn, 0.45 a 1% de Cr, 0,2 a 0,5% de Mo, 0 a 0,105% de V tendo uma espessura de chapa de 25 mm, e a dureza após manter essa chapa a 150°C por 10 horas na ordenada, e plo- ta o valor de M calculado a partir da quantidade de elementos de ligação na abscissa. Manter a 150°C por 10 horas corresponde a um teste de acelera- ção no caso de manutenção do aço uma temperatura variando da tempera- tura ambiente até 100°C por um longo período de tempo. Conforme será entendido dos resultados, a mudança na dureza (ΔΗν) depende do valor de M. Descobriu-se que se o valor de M exceder -10, ο ΔΗν torna-se 7 ou me- nos e quase nenhuma queda na dureza pode mais ser observada.

Além disso, a figura 2 mostra o valor de absorção de energia de Charpy a -20°C naquele momento na ordenada. Como fica claro desse de- senho, se o valor de M estiver acima de 16, uma tendência para uma queda na dureza é reconhecida.

Dos fatos experimentais acima, os inventores pensaram que se- ria possível fornecer tecnologia para a produção de aço resistente à abrasão com pouca mudança na dureza e uma boa tenacidade e, conforme mostrado na figura 1 e na figura 2, limitaram a faixa a -10 a -16 até obter as proprieda- des objetivadas da presente invenção a partir da mudança na dureza no ca- so de manutenção do aço a uma temperatura variando da temperatura am- biente até 100°C por um longo período de tempo e o efeito do valor M em relação ao valor da tenacidade. O aço conforme a presente invenção pode ser particularmente adequadamente utilizado para baldes de escavadeiras ou carcaça de cami- nhões de carga. Se usado para esses fins, uma vez que a dureza não será reduzida durante o uso por longo prazo, a abrasão do membro será notada- mente reduzida sobre o longo prazo e a vida útil pode ser melhorada e, pelo menos 1,4 vez.

No método da presente invenção, uma placa de aço tendo os ingredientes acima é usada como material de partida e é aquecida, lamina- da, e tratada termicamente. A placa de aço é produzida ajustando-se e fun- dindo-se Os ingredientes em um conversor ou em um forno elétrico, e en- tão lingotando-se o mesmo pelo método de lingotamento contínuo ou pelo mé- todo de lingotamento de lingotes e pelo método de lingotamento de blocos. A seguir, a placa de aço é aquecida, e então laminada a quente até a espessura de chapa pretendida, e então reaquecida até uma tempera- tura do ponto AC3 ou mais, e então resfriada. Nesse momento, a temperatura de aquecimento e as condições de laminação da placa de aço e as condi- ções no momento do resfriamento podem ser condições geralmente usadas.

Além disso, ao invés do reaquecimento e resfriamento brusco da chapa de aço, é também possível aquecer, laminar, e então resfriar brusca- mente diretamente a placa de aço. A temperatura de aquecimento da placa de aço nesse momento e de 1000°C a 1250°C. Se a temperatura de acaba- mento no momento da laminação a quente for de 850°C ou mais, não há problema com as propriedades após o resfriamento direto. Em relação aos limites na temperatura de aquecimento da placa de aço, se for menor que 1000°C os elementos de ligação incluídos não se dissolverão e uma queda na dureza é suscetível de ser provocada, enquanto se a temperatura for maior que 1270°C, os grãos de cristal da austenita antiga se tornarão mais brutos no momento do aquecimento e a tenacidade é suscetível de cair, en- tão esta condição foi ajustada.

Por outro lado, os limites na temperatura de acabamento no momento da laminação a quente foram fornecidos de modo a garantir a temperatura no momento do resfriamento direto executado posteriormente.

Se a temperatura da laminação de acabamento torna-se menor que 850°C, a dureza após o resfriamento direto é suscetível de cair, então a temperatura de 850°C ou mais é tornada o limite inferior da temperatura de acabamento.

EXEMPLOS A Tabela 1 mostra os ingredientes químicos dos aços de teste produzidos como exemplos da presente invenção. Os aços de teste foram produzidos como materiais de aço pelo método de lingotamento de lingotes ou lingotamento de blocos ou pelo método de lingotamento contínuo. Na Ta- bela, os aços A a I têm os ingredientes químicos no escopo da presente in- venção, enquanto os aços J a P foram produzidos fora do escopo dos ingre- dientes químicos da presente invenção.

As placas de aço mostradas na Tabela 1 foram aquecidas e la- minadas a quente sob as condições de produção mostradas na Tabela 2, com algum tratamento térmico, para produzir chapas de aço tendo espessu- ra de 25 a 50 mm. Após isto, as chapas foram medidas quanto à dureza Bri- nell 0,5 mm logo abaixo da camada de superfície. Além disso, peças das chapas de aço foram cortadas, tratadas termicamente a 150°C por 10 horas, e então medidas quanto à dureza Brinell (HB) na parte 0,5 mm abaixo da superfície das chapas de aço. Além disso, as pelas do teste de Charpy fo- ram tiradas (na direção longitudinal de laminação) de partes a 1A da espessu- ra da chapa e testadas a -20°C. Os resultados estão mostrados na Tabela 2.

Na Tabela 2, os aços de nQ 1 até nQ 9 estão dentro do escopo da presente invenção. Sob cada uma das condições, é verificado que a dureza sob a superfície está na faixa de HB400 a HB520 e que a queda da dureza durante o uso a longo prazo é HB10 ou menos ou extremamente pequena.

Além disso, tenacidades de valores de 21J ou mais a -20°C são apresentadas.

Em oposição a isso, os aços de nQ 10 a ng 18 são casos onde um dos ingredientes químicos ou as condições de produção da chapa de aço estão fora do escopo da presente invenção.

Iniciaimente, o aço 10 ao aço 16 são casos onde os ingredientes químicos estão fora do escopo da presente invenção. Isto é, o aço 10 e o aço 11 têm quantidades de C fora do escopo da presente invenção. Como resultado, o aço 11 é o caso onde a quantidade de C é 0,19% ou menor que o escopo da presente invenção, mas o material matriz cai em dureza para HB382. Por outro lado, o aço 11 é o caso onde reciprocamente a quantidade de C é maior que o escopo, mas o material matriz aumenta notavelmente em dureza para HB563 e é também baixo em tenacidade. O aço 12 é um exemplo onde a quantidade de adição de Si é maior que o escopo da presente invenção. Nesse caso, a dureza do material matriz aumenta e como resultado a tenacidade se torna baixa. O aço 13 é um exemplo onde a quantidade de adição de Mn é maior que o escopo da presente invenção. Como resultado, a mudança na dureza ΔΗΒ torna-se um pouco grande, 15 ou algo assim, e é baixo em te- nacidade.

Os aços 14 e 15 têm altas quantidades de Cr e Mo fora do esco- po da presente invenção. Nesse caso, a mudança na dureza ΔΗΒ é peque- na, mas a tenacidade é notavelmente baixa. O aço 16 é o caso onde o valor de M está fora do escopo da presente invenção. Nesse caso, a tenacidade é boa, mas a mudança na du- reza ΔΗΒ torna-se extremamente grande 31. O aço 17 e o aço 18 são casos produzidos sob condições fora do escopo da presente invenção no escopo dos ingredientes e condições de produção. Isto é, os aços 17 e 18 têm ingredientes de sistema com quanti- dades de Mn maiores que no escopo da invenção, o aço 17 é o caso de a- quecimento com uma temperatura de resfriamento após a laminação do pon- to de transformação Ac3 ou menos, enquanto o aço 18 é o caso onde a tem- peratura de laminação de acabamento é menor que os 850°C ou mais do escopo da presente invenção no processo de resfriamento direto. Cada um tem uma dureza do material matriz de HB400 ou menos e não tem a dureza objetivada.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL A presente invenção permite uma notável redução na mudança na dureza durante o uso - extremamente importante nas características do aço resistente à abrasão.

Claims (3)

1. Aço caracterizado por conter, em% em massa, C: 0,21% a 0,30%, Si: 0,30 a 1,00%, Mn: mais de 0,45 a 0,64%, P: 0,02% ou menos, S: 0,01% ou menos, Cr: 0,1 a 2,0%, Mo: 0,1 a 1,0%, B: 0,0003 a 0,0030%, Al: 0,01 a 0,1%, e N: 0,01% ou menos, opcionalmente um ou mais de: V: 0,01 a 0,1%, Nb: 0,005 a 0,05%, Ti: 0,005 a 0,03%, Mg: 0,0005 a 0,05%, e REM: 0,001 a 0,1%; e. um saldo de impurezas inevitáveis e Fe; sendo que o aço apresenta ainda um valor M definido pela fórmula (1) a se- guir de M: -10 a 16: M = 26x[Si]- 40x[Mn] - 3x[Cr] + 36x[Mo] + 63x[V] ... (1) onde [Si], Mn], Cr], [Mo] e [V] são teores em % em massa dos respectivos elementos, e os elementos não adicionados são calculados como zero.

2. Método de produção de chapa de aço caracterizado pela la- minação a quente do aço tendo os ingredientes químicos conforme apresen- tados na reivindicação 1, e então resfriando-se o mesmo a partir de uma temperatura do ponto AC3 ou mais.

3. Método de produção de uma chapa de aço caracterizado por aquecer o aço tendo os ingredientes químicos conforme apresentado na rei- vindicação 1 a 1000Ό até 1270Ό, então laminá-lo a quente a uma tempera- tura de 850Ό ou mais, e então, após uma etapa de acabamento, resfriar imediatamente o aço.