BRPI0804500B1

BRPI0804500B1 - aço para trabalho a quente

Info

Publication number: BRPI0804500B1
Application number: BRPI0804500-3A
Authority: BR
Inventors: Kei Miyanishi; Masayuki Hashimura; Atsushi Mizuno
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2018-09-18
Also published as: US20090311125A1; KR101239416B1; CN101542004A; EP2138597B1; EP2138597A4; KR20090009325A; WO2008130054A1; KR20120126131A; AU2008241823B2; JP4473928B2; CN101542004B; EP2138597A1; US9127336B2; AU2008241823A1; BRPI0804500A2; JPWO2008130054A1

Abstract

aço para trabalho a quente, excelente em capacidade de usinagem e valor de impacto. a presente invenção refere-se a um aço para trabalho a quente excelente em capacidade de usinagem e valor de impacto compreendendo, em % em massa, c: 0,06 a 0,85%, si: 0,01 a 1,5%, mn: 0,05 a 2,0%, p: 0,005 a 0,2%, s:0,001 a 0,35%, e ai: 0,06 a 1,0% e n: 0,016% ou menos, em teores que satisfaçam ai x n x 10^5^<243> 96, e um saldo de fe e as inevitáveis impurezas, volume total de precipitados de ain de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm respondendo por 20% ou menos do volume total de todos os precipitados de ain.

Description

(54) Título: AÇO PARA TRABALHO A QUENTE (51) Int.CI.: C22C 38/00; C22C 38/06; C22C 38/60 (30) Prioridade Unionista: 18/04/2007 JP 2007-109897 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): KEI MIYANISHI; MASAYUKI HASHIMURA; ATSUSHI MIZUNO (85) Data do Início da Fase Nacional: 30/01/2009

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para AÇO PARA TRABALHO A QUENTE.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um aço de trabalho a quente com boa usinabilidade e valor de impacto, particularmente um aço de laminação a quente ou forjamento a quente (combinado sob o termo aço de trabalho a quente) para usinagem.

Descrição da Técnica Relacionada

Embora os últimos anos tenham visto o desenvolvimento de aços de maior resistência, ao mesmo tempo emergiu um problema de declínio da usinabilidade. Uma necessidade crescente é sentida, portanto, para o desenvolvimento de aços que mantenham excelente resistência sem experimentar um declínio no desempenho de usinagem. A adição de elementos que aumentem a usinabilidade tais como S, Pb e Bi é conhecida ser eficaz para melhorar a usinabilidade do aço. Entretanto, enquanto o Pb e o Bi são conhecidos por melhorar a usinabilidade e ter um efeito relativamente pequeno na capacidade de forjamento, eles são também conhecidos por degradar as propriedades de resistência.

Além disso, o Pb está sendo usado em menores quantidades atualmente devido à tendência de evitar seu uso devido às preocupações sobre a carga que o Pb põe no ambiente natural. O S melhora a usinabilidade por formar inclusões, tais como MnS, que amolecem em um ambiente de usinagem, mas os grãos de MnS são maiores que aqueles do Pb e similares, de forma que prontamente se torna um criador de concentração de estresse. De nota particular é que no momento do alongamento pelo forjamento ou laminação, o MnS produz anisotropia o que torna o aço extremamente fraco em uma direção particular. Torna-se também necessário tomar essa anisotropia em consideração durante o projeto do aço. Quando S é adicionado, portanto, torna-se necessário utilizar-se uma técnica para reduzir a anisotropia.

O alcance de boas propriedades de resistência e usinabilidade simultaneamente tem, portanto, sido difícil porque a adição de elementos

2/42 eficazes para melhorar a usinabilidade degrada as propriedades de impacto. Outra inovação técnica é, portanto, necessária para permitir atingir a usinabilidade desejada no aço e, ao mesmo tempo, as propriedades de resistência.

Um aço estrutural foi desenvolvido para prolongar a vida de ferramentas de corte, por exemplo, pela incorporação de um total de 0,005% em massa ou mais de pelo menos um membro selecionado entre V soluto, Nb soluto e Al soluto, e também incorporando 0,001% ou mais de N soluto, permitindo assim que os nitretos formados pelo calor da usinagem durante a usinagem venham a aderir à ferramenta para funcionar como um revestimento protetor da ferramenta (vide, por exemplo, a Publicação de Patente Japonesa (A) N° 2004-107787).

Em adição, foi proposto um aço estrutural de usinagem que alcança disposições de disposição de aparas melhoradas e propriedades mecânicas pela definição dos teores de C, Si, Mn, S e Mg, definindo a razão do teor de Mg para o teor de S, e otimizando a razão de aspecto e o número de inclusões de sulfetos no aço (vide a Japanese Patent N° 3706560). O aço estrutural de usinagem ensinado pela Patente N° 3706560 prescreve o teor de Mg como 0,02% ou menos (não-incluindo 0%) e o teor de Al, quando incluído, como 0,1% ou menos.

Resumo da Invenção

Entretanto, as tecnologias precedentes existentes têm as seguintes desvantagens. O aço ensinado pela Publicação de Patente Japonesa (A) N° 2004-107787 é capaz de não dar origem ao fenômeno anteriormente mencionado, a menos que a quantidade de calor produzido pela usinagem exceda um certo nível. A velocidade de usinagem deve, portanto, ser um tanto alto para realizar o efeito desejado, de forma que a invenção tenha um problema no ponto que o efeito não pode ser antecipado na faixa de baixa velocidade. A Patente Japonesa N° 3706560 é totalmente silenciosa no que refere-se a propriedades de resistência do aço que ela ensina. Além disso, o aço dessa patente é incapaz de alcançar as propriedades de resistência adequadas porque ele não leva em consideração a vida útil da ferramenta de usinagem ou as propriedades de impacto.

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A presente invenção foi alcançada à luz dos problemas antecedentes e tem como seu objetivo fornecer um aço de trabalho a quente que tenha boa usinabilidade sobre uma ampla faixa de velocidades de usinagem e também tenha excelentes propriedades de impacto.

Os inventores descobriram que um aço tendo boa usinabilidade e valor de impacto pode ser obtido estabelecendo-se um ótimo teor de Al, limitando-se o teor de N, e limitando-se a fração de precipitado de AlN bruto. Eles executaram a presente invenção com base nessa descoberta.

O aço para trabalho a quente excelente em usinabilidade e valor de impacto conforme a presente invenção tem uma composição química compreendendo, em % em massa,

C: 0,06 a 0,85%,

Si: 0,01 a 1,5%,

Mn: 0,05 a 2,0%,

P: 0,005 a 0,2%,

S: 0,001 a 0,35%,

Al: mais do que 0,1 a 1,0% e N: 0,016% ou menos, em teores que satisfaçam Al x N x 10⁵ < 96, e um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas, o volume total de precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm respondendo por 20% ou menos do volume total de todos os precipitados AlN.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, Ca: 0,0003 a 0,0015%.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Ti: 0,001 a 0,1%, Nb: 0,005 a 0,2%, W: 0,01 a 1,0%, e V: 0,01 a 1,0%.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Mg: 0,0001 a 0,0040%, Zr: 0,0003 a 0,01%, e REMs: 0,0001 a 0,015%.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em

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Sb: 0,0005% a menos de 0,0150%, Sn: 0,005 a 2,0%, Zn: 0,0005 a 0,5%, B: 0,0005 a 0,015%, Te: 0,0003 a 0,2%, Bi: 0,005 a 0,5%, e Pb: 0,005 a 0,5%.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, um ou dois elementos selecionados do grupo consistindo em Cr: 0,01 a 2,0% e Mo: 0,01 a 1,0%.

O aço para trabalho a quente pode também compreender, em % em massa, um ou dois elementos selecionados do grupo consistindo em Ni: 0,05 a 2,0% e Cu: 0,01 a 2,0%.

Breve Descrição Dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama mostrando a região a partir da qual um corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado no Exemplo 1.

A figura 2 é um diagrama mostrando a região a partir da qual um corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado no Exemplo 2.

A figura 3 é um diagrama mostrando a região a partir da qual um corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado nos Exemplos 3 a 7.

A figura 4 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 1.

A figura 5 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 2.

A figura 6 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 3.

A figura 7 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 4.

A figura 8 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 5.

A figura 9 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 6.

A figura 10 é um diagrama mostrando a relação entre valor de impacto e a usinabilidade no Exemplo 7.

A figura 11 é um diagrama mostrando como a ocorrência de precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm variou com os teores de Al e N no produto de aço.

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Descrição Detalhada da Invenção

Configurações preferidas da presente invenção estão explicadas em detalhes a seguir.

No aço para trabalho a quente excelente em usinabilidade e valor de impacto conforme a presente invenção, os problemas anteriormente mencionados são superados pelo ajuste das quantidades de Al e N adicionados na composição química do aço até as faixas de Al: 0,06 a 1,0% e N: 0,016% ou menos, e ajustando-se o volume total de precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm a 20% ou menos do volume total dos precipitados AlN.

Como resultado, a usinabilidade é melhorada pelo estabelecimento de um teor ótimo de Al soluto, o que produz um efeito de fragilização da matriz, de modo a alcançar um efeito de melhoria da usinabilidade sem experimentar a degradação da propriedade de impacto experimentada com os elementos convencionais de fácil usinagem S e Pb.

Quando o volume total de precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm exceder 20% do volume total de todos os precipitados AlN, o desgaste da ferramenta de corte mecânico pelos precipitados brutos de AlN é pronunciado, ornando impossível realizar-se um efeito de melhoria da usinagem.

Os teores (% em massa) dos constituintes mecânicos do aço de trabalho a quente da invenção serão explicados inicialmente. C: 0,06 a 0,85%

O C tem um efeito principal na resistência fundamental do aço. Quando o teor de C é menor que 0,06%, uma resistência adequada não pode ser alcançada, então quantidades maiores de outros elementos de ligação devem ser incorporadas. Quando o teor de C excede 0,85%, a usinabilidade declina notavelmente porque a concentração de carbono torna-se aproximadamente hipereutectóide para produzir precipitação pesada de carbonetos duros. Para alcançar uma resistência suficiente, a presente invenção define, portanto, o teor de C como 0.6 a 0,85%.

Si: 0,01 a 1,5%

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O Si é geralmente adicionado como elemento desoxidante mas também contribui para reforçar a ferrita e para a resistência ao amolecimento no encruamento. Quando o teor de Si é menor que 0,01%, o efeito desoxidante é insuficiente. Por outro lado, um teor de Si acima de 1,5% degrada a fragilização do aço e outras propriedades e também prejudica a usinabilidade. O teor de Si é, portanto, definido como 0,01 to 1,5%.

Mn: 0,05 a 2,0%

O Mn é necessário pela sua capacidade de fixar e dispersar o S no aço na forma de MnS e também, por se dissolver na matriz, para melhorar a capacidade de endurecimento e garantir uma boa resistência após o resfriamento. Quando o teor de Mn é menor que 0,05%, o aço é fragilizado porque o S nele contido combina com o Fe para formar FeS. Quando o teor de Mn é alto, especificamente quando ele excede 2,0%, a dureza do metal base aumenta para degradar a capacidade de trabalho a frio, enquanto seus efeitos de resistência e capacidade de endurecimento saturam. O teor de Mn é, portanto, definido como 0,05 a 2,0%.

P: 0,005 a 0,2%

O P tem um efeito favorável na usinabilidade mas o efeito não é obtido a um teor de P de menos de 0,005%. Quando o teor de P é alto, especificamente quando ele excede 0,2%. A dureza do metal base aumenta para degradar não apenas a capacidade de trabalho a frio mas também a capacidade de trabalho a quente e as propriedades de fundição. O teor de P é, portanto, definido como 0,005 a 0,2%.

S: 0,001 a 0,35%

O S combina com Mn para produzir MnS que está presente no aço na forma de inclusões. O MnS melhora a usinabilidade mas o S deve ser adicionado até um teor de 0,001% ou maior para alcançar esse efeito até um grau substancial. Quando o teor de S excede 0,35%, ele satura seu efeito e também diminui manifestamente a resistência. No caso de adição de S para melhorar a usinabilidade, portanto, o teor de S é feito 0,001 a 0,35%.

Al: 0,06 a 1,0%

O Al não apenas forma óxidos mas também promove a precipi7/42 tação de precipitados finos de AIN que contribuem para o controle do tamanho dos grãos, e também melhora a usinabilidade pela passagem em solução sólida. O Al deve ser adicionado até um teor de 0,06% ou maior para formar Al soluto em uma quantidade suficiente para aumentar a usinabilidade. Quando o teor de Al excede 1,0%m lê modifica grandemente as propriedades de tratamento e degrada a usinabilidade pelo amento da dureza do aço. O teor de Al é, portanto, definido como 0,06 a 1,0%. O limite inferior do teor de Al é, preferivelmente, maior que 0,1%.

N: 0,016% ou menos

O N combina com o Al e outros elementos formadores de nitretos, e está portanto, presente tanto na forma de nitretos quando como N soluto. O limite superior do teor de N é definido como 0,016% porque a um teor maior ele degrada a usinabilidade ao provocar o a dilatação do nitreto e aumentar o teor de N soluto, e também leva à ocorrência de defeitos e outros problemas durante a laminação. O limite superior preferido do teor de N é 0,010%.

O aço para trabalho a quente da presente invenção pode conter Ca em adição aos componentes precedentes.

Ca: 0,0003 a 0,0015%

O Ca é um elemento desoxidante que forma óxidos. No aço de trabalho a quente da presente invenção, que tem um teor total de Al de 0,06 a 1,0%, o Ca forma aluminato de cálcio (CaOAl2O3). Como o CaOAl2O3 é um óxido que tem um ponto de fusão menor que o Al2O3, ele melhora a usinabilidade por constituir uma película protetora da ferramenta durante o corte a alta velocidade. Entretanto, esse efeito de melhoria da usinabilidade não é observado quando o teor de Ca é menor que 0,0003%. Quando o teor de ca excede 0,0015%, CaS se forma no aço, de forma que a usinabilidade é, ao invés, degradada. Portanto, quando o Ca é adicionado, seu teor é definido como 0,0003 a 0,0015%.

Quando é preciso dar ao aço para trabalho a quente da presente invenção uma alta resistência pela formação de carbonetos, ele pode incluir em adição aos componentes anteriores um ou mais elementos selecionados

8/42 do grupo consistindo em Ti: 0,001 a 0,1%, Nb: 0,005 a 0,2%, W: 0,01 a 1,0%, e V: 0,01 a 1,0%.

Ti: 0,001 a 0,1%

O Ti forma carbonitretos que inibem o crescimento dos grãos de austenita e contribui para o fortalecimento. É usado como elemento de controle do tamanho do grão para evitar o embrutecimento do grão em aços que requeiram alta resistência e aços que requeiram baixa tensão. O Ti é também, um elemento desoxidante que melhora a usinabilidade pela formação de óxidos suaves. Entretanto, esses efeitos do Ti não são observados a um teor de menos de 0,001%, e quando o teor excede 0,1%, o Ti tem o efeito contrário de degradar as propriedades mecânicas ao provocar a precipitação de carbonitretos brutos insolúveis que provocam fraturas a quente. Portanto, quando o Ti é adicionado, seu teor é definido como 0,001 to 0,1%.

Nb: 0,005 a 0,2%

O Nb também forma carbonitretos. Como tal, ele é um elemento que contribui para o reforço do aço através do endurecimento por precipitação secundária e para a inibição do crescimento dos grãos de austenita e reforço. O Ti é, portanto, usado como elemento de controle do tamanho dos grãos para evitar o embrutecimento dos grãos em aços que requeiram alta resistência e em aços que requeiram baixa tensão. Entretanto, nenhum efeito de transmissão de resistência é observado a um teor de Nb de menos de 0,005%, e quando o Nb é adicionado a um teor excedendo 0,2%, ele tem o efeito contrário de degradar as propriedades mecânicas ao provocar a precipitação de carbonitretos brutos insolúveis que provocam fraturas a quente. Portanto, quando o Nb é adicionado, seu teor é definido como 0,005 a 0,2%. W: 0,01 a 1,0%

O W é também um elemento que forma carbonitretos e pode reforçar o aço através do endurecimento por precipitação secundária. Entretanto, nenhum efeito de transmissão de alta resistência é observado quando o teor de W é menor que 0,01 %. A adição de W acima de 1,0% tem o efeito contrário de degradar as propriedades mecânicas por provocar a precipitação de carbonitretos brutos insolúveis que provocam fraturas a quente. Por9/42 tanto, quando o W é adicionado, seu teor é definido como 0,01 a 1,0%.

V: 0,01 a 1,0%.

O V é também um elemento que forma carbonitretos e pode reforçar o aço através do endurecimento por precipitação secundária. Ele é adequadamente adicionado a aços que requeiram alta resistência. Entretanto, nenhum efeito de transmissão de alta resistência é observado quando o teor de V é menor que 0,01%. A adição de V acima de 1,0% tem o efeito contrário de degradar as propriedades mecânicas pela provocação da precipitação de carbonitretos brutos insolúveis que provocam fraturas a quente. Portanto, quando o V é adicionado, seu teor é definido como 0,01 a 1,0%.

Quando o aço de laminação a quente ou o aço de forjamento a quente da presente invenção é submetido ao controle de desoxidação para controlar a morfologia do sulfeto, ele pode compreender em adição aos componentes acima um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Mg: 0,0001 a 0,0040%, Zr: 0,0003 a 0,01%, e REMs: 0,0001 a 0,015%.

Mg: 0,0001 a 0,0040%

O Mg é um elemento desoxidante que forma óxidos no aço. Quando é adotada a desoxidação ao alumínio. o Mg reforma o Al₂O₃, o que prejudica a usinabilidade, em MgO relativamente macio e finamente disperso e Al₂O₃-MgO. Além disso, seu óxido age prontamente como núcleo de precipitação de MnS e assim trabalha para dispersar finamente o MnS. Entretanto, esses efeitos não são observados a um teor de Mg menor que 0,0001%. Além disso, enquanto o Mg age para tornar o MnS esférico pela formação de um complexo sulfeto metálico com isto, uma adição excessiva de Mg, adição especificamente a um teor de mais de 0,0040%, degrada a usinabilidade pela promoção da formação de MgS simples. Portanto, quando o Mg é adicionado, seu teor é definido como 0,0001 a 0,0040%.

Zr: 0,0003 a 0,01%.

O Zr é um elemento desoxidante que forma um óxido no aço. O óxido é imaginado como sendo ZrO2, que age como um núcleo de precipitação para o MnS. Uma vez que a adição de Zr aumenta o número de locais de precipitação de MnS, ele tem o efeito de dispersar uniformemente o MnS.

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Além disso, o Zr se dissolve no MnS para formar um complexo sulfeto metálico, diminuendo assim a deformação do MnS, e, portanto, também trabalha para inibir o alongamento do grão de MnS durante a laminação e forjamento a quente. Dessa forma, o Zr reduz efetivamente a anisotropia. Mas nenhum efeito substancial a esse respeito é observado a um teor de Zr menor que 0,0003%. Por outro lado, a adição de Zr acima de 0,01% degrada radicalmente o rendimento. Além disso, ao provocar a formação de grandes quantidades de ZrO2, ZrS e outros compostos duros, ele tem o efeito contrário de degradar as propriedades mecânicas tais como usinabilidade, valor de impacto, propriedades de fadiga e similares. Portanto, quando o Zr é adicionado, seu teor é definido como 0,0003 a 0,01%.

REMs: 0,0001 a 0,015%

Os REMs (metais terras raras) são elementos oxidantes que formam óxidos de baixo ponto de fusão que ajudam a evitar o entupimento dos bocais durante a fundição e também se dissolvem ou combinam com o MnS para diminuir a deformação do MnS, agindo assim para inibir o alongamento da forma do MnS durante a laminação e o forjamento a quente. Os REMs, portanto, servem para reduzir a anisotropia. Entretanto, esse efeito não aparece a um teor total de REM de menos de 0,0001%. Quando o teor excede 0,015%, a usinabilidade é degradada devido à formação de grandes quantidades de sulfetos de REM. Portanto, quando os REMs são adicionados, seu teor é definido como 0,0001 a 0,015%.

Quando o aço para trabalho a quente da presente invenção deve ser melhorado em usinabilidade, ele pode incluir em adição aos componentes anteriores um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Sb: 0,0005% a menos de 0,0150%, Sn: 0,005 a 2,0%, Zn: 0,0005 a 0,5%, B: 0,0005 a 0,015%, Te: 0,0003 a 0,2%, Bi: 0,005 a 0,5%, e Pb: 0,005 a 0,5%. Sb: 0,0005% a menos de 0,0150%

O Sb melhora a usinabilidade por fragilizar adequadamente a ferrita. Esse efeito do Sb é pronunciado particularmente quando o teor de Al soluto é alto mas não é observado quando o teor de Sb é menor que 0,0005%. Quando o teor de Sb é alto, especificamente quando ele atinge

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0,0150% ou mais, a macrossegregação de Sb torna-se excessiva, de forma que o valor de impacto do aço declina notavelmente. O teor de Sb é, portanto, definido como 0,0005% ou maior e menor que 0,0150%.

Sn: 0,005 a 2,0%

O Sn prolonga a vida útil da ferramenta pela fragilização da ferrita e também melhora a rugosidade da superfície. Esses efeitos não são observados quando o teor de Sn é menor que 0,005%, e os efeitos saturam quando Sn é adicionado acima de 2,0%. Portanto, quando Sn é adicionado, seu teor é definido como 0,005 a 2,0%.

Zn: 0,0005 a 0,5%

O Zn prolonga a vida útil da ferramenta pela fragilização da ferrita e também melhora a rugosidade da superfície. Esses efeitos não são observados quando o teor de Zn é menor que 0,0005%, e os efeitos saturam quando Zn é adicionado acima de 0,5%. Portanto, quando Zn é adicionado, seu teor é definido como 0,0005 a 0,5%.

B: 0,0005 a 0,015%

O B, quando em solução sólida, tem um efeito favorável na resistência dos limites dos grãos e na capacidade de endurecimento. Quando ele se precipita, ele o faz como BN e portanto ajuda a melhorar a usinabilidade. Esses efeitos não são notáveis a um teor de B de menos de 0,0005%. Quando B é adicionado a um teor maior que 0,015%, os efeitos saturam e as propriedades mecânicas ao, ao contrário, degradadas devido à excessiva precipitação de BN. Portanto, quando B pé adicionado, seu teor é definido como 0,0005 a 0,015%.

Te: 0,0003 a 0,2%

O Te melhora a usinabilidade. Ele também forma MnTe e, quando co-presente com MnS, diminui a deformação do MnS, agindo, portanto, para inibir o alongamento da forma do MnS. O Te é, portanto, um elemento eficaz para reduzir a anisotropia. Esses efeitos não são observados quando o teor de Te é menor que 0,0003%, e quando seu teor excede 0,2%, o efeito satura e a ductilidade da laminação a quente diminui, aumentando a probabilidade de falhas. Portanto, quando o Te é adicionado, seu teor é definido

12/42 como: 0,0003 a 0,2%.

Bi: 0,005 a 0,5%

O Bi melhora a usinabilidade. Esse efeito não é observado quando o teor de Bi é menor que 0,005%. Quando ele excede 0,5%, a melhora da usinabilidade satura e a ductilidade da laminação a quente declina, aumentando a probabilidade de falhas. Portanto, quando o Bi é adicionado, seu teor é definido como 0,005 a 0,5%.

Pb: 0,005 a 0,5%

O Pb melhora a usinabilidade. Esse efeito não é observado quando o teor de Pb é menor que 0,005%. Quando ele excede 0,5% a usinabilidade satura e a ductilidade na laminação a quente declina, aumentando a probabilidade de falhas. Quando ele excede 0,5%, a melhoria da usinabilidade satura e a ductilidade na laminação a quente declina, aumentando a probabilidade de falhas. Portanto, quando o Pb é adicionado, seu teor é definido como 0,005 to 0,5%.

Quando ao aço de laminação a quente ou ao aço de forjamento a quente da presente invenção deve ser transmitida resistência pela melhoria da sua capacidade de endurecimento e/ou resistência ao encruamentoamolecimento, ele pode incluir em adição aos componentes acima um ou dois elementos selecionados do grupo consistindo em Cr: 0,01 a 2,0% e Mo: 0,01 a 1,0%.

Cr: 0,01 a 2,0%

O Cr melhora a capacidade de endurecimento e também transmite resistência ao encruamento-amolecimento. Ele é, portanto, adicionado a um aço que requeira alta resistência. Esses efeitos não são obtidos a um teor de Cr de menos de 0,01%. Quando o teor de Cr é alto, especificamente quando ele excede 2,0%, o aço é fragilizado devido à formação de carbonetos de Cr. Portanto, quando o Cr é adicionado, seu teor é definido como 0,01 to 2,0%.

Mo: 0,01 a 1,0%

O Mo transmite resistência ao encruamento-amolecimento e também melhora a capacidade de endurecimento. É, portanto, adicionado a

13/42 um aço que requeira alta resistência. Esses efeitos não são obtidos a um teor de Mo de menos de 0,01 %. Quando pó Mo é adicionado acima de 1,0%, seus efeitos saturam. Portanto, quando o Mo é adicionado, seu teor é definido como 0,01 to 1,0%.

Quando o aço de trabalho a quente da presente invenção deve ser submetido a um fortalecimento da ferrita, ele pode incluir em adição aos componentes mencionados um ou dois elementos selecionados do grupo consistindo em Ni: 0,05 a 2,0% e Cu: 0,01 a 2,0%.

Ni: 0,05 a 2,0%

O Ni reforça a ferrita, portanto melhora a ductilidade, e é também eficaz para a melhoria da capacidade de endurecimento e melhoria anticorrosão. Esses efeitos não são observados a um teor de Ni de menos de 0,05%. Quando o Ni é adicionado acima de 2,0%, o efeito de melhoria da propriedade mecânica é saturado e a usinabilidade é degradada. Portanto, quando o Ni é adicionado, seu teor é definido como 0,05 a 2,0%.

Cu: 0,01 a 2,0%

O Cu reforça a ferrita e é também eficaz para melhoria da capacidade de endurecimento e melhoria anti-corrosão. Esses efeitos não são observados a um teor de Cu de menos de 0,01%. Quando o Cu é adicionado acima de 2,0%, o efeito de melhoria da propriedade mecânica satura. Portanto, quando o Cu é adicionado, seu teor é definido como 0,01 a 2,0%. Uma preocupação particular em relação ao Cu é que seu efeito de redução da capacidade de laminação a quente pode levar à ocorrência de falhas durante a laminação. O Cu é, portanto, preferivelmente adicionado simultaneamente com Ni.

A razão para fazer o volume total de precipitado de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm não maior que 20% do volume total de todo o precipitado será explicada agora.

Quando o volume total de precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm é maior que 20% do volume total de todos os precipitados AlN, o desgaste das ferramentas de corte mecânico pelo AlN precipitado bruto é pronunciado enquanto nenhuma melhora na

14/42 usinabilidade que possa ser atribuída ao aumento no Al soluto é observada. O volume total de precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm é, Portanto, feito 20% ou menos, preferivelmente 15% ou menos, e mais preferivelmente 10% ou menos do volume total de todos os precipitados de AlN.

O % em volume dos precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm pode ser medido pelo método réplica usando um microscópio de transmissão eletrônica. Por exemplo, o método é executado usando-se fotografias contíguas de 400,000x de ampliação equivalente para observar todos os precipitados AlN de 10 nm de diâmetro ou maiores em 20 ou mais campos escolhidos aleatoriamente de 1,000 pm², calculando-se os volumes totais dos precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm e de todos os precipitados AlN, e então calculando-se [(volume total dos precipitados AlN de um diâmetro equivalente de círculo excedendo 200 nm/volume total de todos os precipitados AlN) x 100].

Para tornar o volume total dos precipitados AlN de um diâmetro equivalente de círculo excedendo 200 nm igual a 20% ou menos do volume total de todos os precipitados AlN, é necessário colocar o AlN completamente em solução sólida e ajustar a temperatura de aquecimento antes da laminação a quente ou do forjamento a quente de modo a minimizar o AlN não colocado em solução sólida.

Os inventores conduziram a seguinte experiência para testar sua hipótese de que a quantidade de AlN não colocada em solução sólida está relacionada ao produto dos teores de Al e N no aço e à temperatura de aquecimento antes do trabalho a quente.

Dez aços com a composição química a seguir foram preparados para ter diferentes produtos de Al vezes N, forjado até φ65, aquecidos até 1.210 °C, e examinados quanto aos precipitados AlN:

Composição química, em % em massa, C: 0,44 a 0,46%, Si: 0,23 a 0,26%, Mn: 0.78 a 0,82%, P: 0,013 a 0,016%, S: 0,02 a 0,06%, Al: 0,06 a 0,8%, N: 0,0020 a 0,020% o saldo sendo Fe e as inevitáveis impure15/42 zas.

Os precipitados AIN foram observados com com microscópio de transmissão eletrônica pelo método da réplica, e as frações de volume do precipitado AlN foram determinadas pelo método explicado acima.

O volume total de precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm sendo 20% ou menos do volume total de todos os precipitados AlN foi avaliado como Bom (designado pelo símbolo o na figura 11) e o mesmo sendo maior que 20% foi avaliado como pobre (designado pelo símbolo x).

Como pode ser visto dos resultados mostrados na figura 11, foi descoberto que a porcentagem em, volume de precipitados de AlN bruto tendo um diâmetro de círculo equivalente de 200 nm em relação a todo AlN precipitado deve ser feito 20% ou menos pela satisfação da Eq. (1) abaixo e usando-se uma temperatura de aquecimento de 1.210°C ou maior:

(%Al) x (%N) x 10⁵ < 96 ... (1), onde %Al e %N são os teores de Al e de N (% em massa) do aço.

Em outras palavras, o volume total de precipitados AlN de um diÇametro de círculo equivalente excedendo 200 nm pode ser feito 20% ou menos, preferivelmente 15% ou menos, e mais preferivelmente 10% ou menos, do volume total de todos os precipitados AlN pela satisfação da Eq. 1 e usando-se uma temperatura de aquecimento de 1.210°C ou maior, preferivelmente 1.230°C ou maior, e mais preferivelmente 1 .250°C ou maior.

Como fica claro do exposto anteriormente, a presente invenção permite o fornecimento de um aço de trabalho a quente (aço de laminação a quente ou aço de forjamento a quente) onde o teor de Al soluto para aumentar a usinabilidade é aumentado enquanto inibe a geração de precipitados AlN brutos, alcançando assim uma melhor usinabilidade que os aços convencionais de laminação a quente e forjamento a quente sem prejudicar as propriedades de impacto. Além disso, devido ao fato de que um aço bom em propriedade de impacto geralmente tem uma baixa taxa de fraturas durante a laminação a quente e o forjamento a quente, o aço da invenção permite

16/42 efetivamente a melhoria da usinabilidade enquanto mantém uma boa produtividade durante a laminação a quente e o forjamento a quente.

Exemplos

Os efeitos da presente invenção estão explicados concretamente abaixo em relação aos Exemplos e Exemplos Comparativos.

A invenção pode ser amplamente aplicada para aços forjados a frio, aços não encruados, aços encruados e assim por diante, independentemente do tipo de tratamento térmico que é conduzido após a laminação a quente ou o forjamento a quente. O efeito da aplicação da presente invenção será, portanto, concretamente explicado em relação aos cinco tipos de aços diferindo notavelmente na composição básica e no tratamento térmico e também diferindo na resistência fundamental e na estrutura tratada termicamente.

Entretanto, a explicação será feita separadamente para sete exemplos porque a usinabilidade e a propriedade de impacto são fortemente influenciadas pelas diferenças na resistência fundamental e na estrutura tratada termicamente.

Primeiro conjunto de exemplos

No primeiro conjunto de exemplos, os aços de médio carbono foram examinados quanto à usinabilidade após a normalização e quanto ao valor de impacto após a normalização e resfriamento-encruamemnto com óleo. Nesse primeiro conjunto de exemplos, aços das composições mostradas na Tabela 1-1, 150 kg cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente sob as temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 1-3, e alongados-forjados em varas cilíndricas com diâmetro de 65-mm. As propriedades dos aços dos Exemplos foram avaliadas submetendo-se os mesmos ao este de usinabilidade, teste de impacto Charpy, e observação do precipitado AlN pelos métodos apresentados abaixo.

Tabela 1-1

Composição química (% em massa)

*	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ca	Ti
Inv	1	0,46	0,23	0,75	0,013	0,010	0,130	0,0070

17/42

Inv	2	0,46	0,23	0,76	0,011	0,011	0,200	0,0045
Inv	3	0,48	0,19	0,79	0,012	0,024	0,110	0,0065
Inv	4	0,44	0,20	0,78	0,010	0,028	0,198	0,0046
Inv	5	0,45	0,21	0,76	0,011	0,052	0,065	0,0081
Inv	6	0,46	0,25	0,70	0,015	0,054	0,125	0,0055
Inv	7	0,46	0,23	0,77	0,010	0,060	0,210	0,0045
Inv	8	0,47	0,21	0,75	0,011	0,091	0,103	0,0051
Inv	9	0,46	0,25	0,76	0,013	0,147	0,101	0,0052
Inv	10	0,47	0,25	0,74	0,013	0,026	0,077	0,0088	0,0009
Inv	11	0,48	0,25	0,77	0,014	0,030	0,102	0,0046		0,01
Inv	12	0,45	0,21	0,75	0,015	0,021	0,113	0,0075
Inv	13	0,48	0,24	0,77	0,012	0,020	0,088	0,0055
Inv	14	0,44	0,25	0,80	0,011	0,024	0,103	0,0053	0,0008	0,01
Inv	15	0,45	0,26	0,81	0,014	0,051	0,081	0,0045
Comp	16	0,46	0,24	0,78	0,010	0,015	0,025	0,0052
Comp	17	0,48	0,23	0,75	0,013	0,013	0,210	0,0051
Comp	18	0,48	0,19	0,75	0,014	0,015	0,132	0,0072
Comp	19	0,48	0,25	0,78	0,014	0,030	0,030	0,0034
Comp	20	0,48	0,20	0,76	0,013	0,022	0,222	0,0048
*	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N	Ca	Ti
Comp	21	0,48	0,22	0,71	0,012	0,030	0,113	0,0078
Comp	22	0,48	0,24	0,70	0,010	0,045	0,041	0,0057
Comp	23	0,45	0,20	0,78	0,015	0,048	0,209	0,0067
Comp	24	0,44	0,23	0,71	0,010	0,057	0,123	0,0077
Comp	25	0,47	0,20	0,76	0,014	0,091	0,030	0,0052
Comp	26	0,48	0,19	0,77	0,013	0,093	0,221	0,0051
Comp	27	0,47	0,20	0,74	0,013	0,094	0,154	0,0059
Comp	28	0,47	0,19	0,78	0,011	0,137	0,008	0,0049
Comp	29	0,46	0,25	0,74	0,013	0,133	0,228	0,0058
Comp	30	0,46	0,24	0,77	0,015	0,136	0,079	0,0106

18/42

Composição química (% . em massa)

*

Nb

W

V

Mg

Zr

Rem

Sb

Sn

Zn

B

Te

Cr

Mo

Cu

Ni

Pb

Bi

Inv

0,1

0,05

Inv

0,01

Inv

0,0018

0,01

0,0011

Inv

0,1

0,06

Inv

0,02

0,0015

0,03

0,002

0,001

0,03

0,1

Inv

0,0026

Comp

*

Nb

W

V

Mg

Zr

Rem

Sb

Sn

Zn

B

Te

Cr

Mo

Cu

Ni

Pb

Bi

Comp

19/42

Comp

* Inv: Exemplo da Invenção Comp: Exemplo comparativo Teste de usinabilidade

O teste de usinabilidade foi conduzido nos aços forjados submetendo-se os mesmos inicialmente ao tratamento térmico para normalização consistindo em manter sob condições de temperatura de 850 °C por 1 h seguido de resfriamento, ajustando-se então a dureza HV10 para dentro da faixa de 160 a 170. Um corpo de prova de avaliação da usinabilidade foi então cortado de cada aço tratado termicamente e as capacidades de usinagem dos aços dos Exemplos e dos Exemplos Comparativos foram avaliadas pela condução do teste de perfuração de furos sob as condições de corte mostradas na Tabela 1-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade cumulative do furo de 1000 mm foi usado como indicador de avaliação no teste de perfuração de furos.

Tabela 1-2

Condições de corte	Furo	Outro
Velocidade 1-150 m/min	Diâmetro de perfu-	Profundida- 9 mm
	ração: φ3 mm	de do furo
Alimenta- 0,25 mm/rev	Perfuradora comum	Vida útil da Até a fra-
ção	NACHI	ferramenta tura
Óleo de corte so-	protuberância:
Fluido de lúvel em água	45 mm
corte

Perfuradora comum NACHI: broca SD3.0 produzida por Nachi Fujikoshi Corp. (doravante o mesmo)

Teste de impacto Charpy

A figura 1 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova para o teste de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrado na figura 1, um cilindro 2 medindo

20/42 mm de diâmetro foi cortado de cada aço 1 tratado termicamente pelo mesmo método e sob as mesmas condições do anteriormente mencionado corpo de prova de usinabilidade de forma que seu eixo fosse perpendicular à direção de alongamento-forjamento do aço 1. A seguir, cada cilindro 2 foi mantido sob condições de temperatura de 850°C por u ma hora, resfriado a óleo por resfriamento até 60°C, e também submetido ao encruamento com resfriamento a água no qual foi mantido sob condições de temperatura de 550°C por 30 minutos, ajustando assim o mesmo até u ma dureza Hv10 dentro da faixa de 225 a 265. A seguir, o cilindro 2 foi usinado para fabricar um corpo de prova para o teste de impacto Charpy 3 em conformidade com a JIS Z 2202, que foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como indicador da avaliação.

A observação do precipitado AlN

A observação do precipitado AlN foi conduzida pelo método replica no microscópio de transmissão eletrônica usando um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método do corpo de prova de avaliação da usinabilidade.

A observação do precipitado AlN foi executada por 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todo o AlN precipitado computado por precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes precedentes estão resumidos na Tabela 1-3.

	N°	AlxNx100000	Tempo de Aquecimento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da invenção	1	91	1250	17,3	70	33
Exemplo da invenção	2	90	1250	16,9	67	35
Exemplo da invenção	3	72	1250	9,9	81	26
Exemplo da invenção	4	91	1250	17,3	80	26

21/42

Exemplo da invenção	5	53	1250	5,8	96	24
Exemplo da invenção	6	69	1250	9,8	95	23
Exemplo da invenção	7	95	1250	18,6	130	19
Exemplo da invenção	8	53	1250	5,7	113	17
Exemplo da invenção	9	53	1250	5,4	125	15
Exemplo da invenção	10	68	1250	9,6	82	27
Exemplo da invenção	11	47	1250	4,1	83	28
Exemplo da invenção	12	85	1250	15,0	80	27
Exemplo da invenção	13	48	1250	4,9	81	26
Exemplo da invenção	14	55	1250	5,6	95	27
Exemplo da invenção	15	36	1210	4,8	95	23
Exemplo Comparativo	16	13	1250	0,4	47	35
Exemplo Comparativo	17	107	1250	23,9	53	30
Exemplo Comparativo	18	95	1200	27,1	47	33
Exemplo Comparativo e	19	10	1250	0,2	57	27
Exemplo Comparativo	20	107	1250	23,7	55	26
	N°	AlxNx100000	Tempo de Aquecimento (□C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo Comparativo	21	88	1200	22,3	59	29
Exemplo Comparativo	22	23	1250	1,1	64	20
Exemplo Comparativo	23	140	1250	40,9	64	24
Exemplo Comparativo	24	95	1200	28,0	64	23
Exemplo Comparativo	25	16	1250	0,5	76	15
Exemplo Comparativo	26	113	1250	26,5	74	19
Exemplo Comparativo	27	91	1200	27,5	73	19
Exemplo Comparativo	28	4	1250	0,0	81	13
Exemplo Comparativo	29	132	1250	36,4	82	13
Exemplo Comparativo	30	84	1200	21,1	86	14

Nas tabelas 1-1 e 1-3, os aços n° 1 a n° 15 são Exemplos da presente Invenção e os aços n°. 16 a n° 30 são aços de Exemplos Compara22/42 tivos.

Conforme mostrado na Tabela 1-3, os aços dos Exemplos n° 1 a n° 15 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, principalmente VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 16 a 30 foram, cada um, inferiores aos aços do Exemplo em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre. (vide figura 4).

Especificamente, os aços dos Exemplos Comparativos n^os 16, 19, 22, 25 e 28 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços do Exemplo de teor de S comparável no indicador de avaliação da usinabilidade, VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n^os 17, 20, 23, 26 e 29 tiveram um alto teor de Al ou de N. Como o valor de Al x N desses aços foi, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), precipitados brutos de AlN ocorreram para fazer seu indicador de avaliação da usinabilidade inferior àquele dos aços do Exemplo de teor de S comparável.

Os aços dos Exemplos Comparativos nos 18, 21, 24, 27 e 30 foram tratados termicamente a uma baixa temperatura de aquecimento de 1.200°C, de forma que precipitados brutos de AlN ocorreram para fazer o seu indicador de usinabilidade VL1000 inferior ao dos aços do Exemplo de teor de S comparável. Segundo Conjunto de Exemplos

No Segundo Conjunto de Exemplos, aços de médio carbono foram examinados quanto à usinabilidade e valor de impacto após a normalização e resfriamento-encruamento com água. Nesse conjunto de Exemplos, aços das composições mostradas na tabela 2-1, 150 kg de cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente sob temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 2-3 para se obter varas cilíndricas forjadas por alongamento de 65-mm de diâmetro. As propriedades dos aços do Exemplo foram avaliados sujeitando-se o mesmo a testes de usinabilidade teste de impacto Charpy, e observação do precipitado AlN pelos métodos apresentados abaixo.

23/42

Tabela 2-1

Composição química (% em massa)

	No.	C	Si	Mn	P	S	Al	N
Exemplo invenção	31	0.48	0,21	0.71	0,010	0,012	0,085	0,0107
Exemplo invenção	32	0.45	0,23	0.78	0,013	0,023	0,093	0,0088
Exemplo invenção	33	0.48	0,23	0.78	0,010	0,058	0.125	0,0073
Exemplo invenção	34	0.46	0,23	0.77	0,011	0,097	0.180	0,0050
Exemplo invenção	35	0.47	0,20	0.75	0,013	0.130	0.101	0,0091
Exemplo invenção	36	0.46	0,23	0.75	0,012	0.120	0.102	0,0055
Exemplo Comp.	37	0.48	0.19	0.71	0,010	0,013	0,021	0,0138
Exemplo Comp.	38	0.46	0,24	0.79	0,013	0,023	0,211	0,0096
Exemplo Comp.	39	0.46	0,24	0.70	0,012	0,044	0.121	0,0069
Exemplo Comp.	40	0.45	0,23	0.76	0,010	0.101	0,039	0,0099
Exemplo Comp.	41	0.44	0,23	0.74	0,014	0.144	0,246	0,0051

Teste de usinabilidade

O teste de usinabilidade foi conduzido nos aços forjados submetendo-se cada um deles a tratamento térmico para normalização consistindo em manter sob condições de temperatura de 850 °C por 1 h seguido de resfriamento a ar, fatiando-se um disco de seção transversal grossa de 11 mm, mantendo-se o disco sob condições de temperatura de 850°C por uma hora seguido de resfriamento a água, e então tratando-se termicamente sob condições de temperatura de 500°C, ajustando-se assim sua dureza HV10 para dentro da faixa de 300 a 310. Um corpo de prova de avaliação da usinabilidade foi então cortado de cada aço tratado termicamente e as capacidades de usinagem dos aços do Exemplo e dos exemplos Comparativos foram avaliados pela condução do teste de perfuração de furos sob as condições de corte mostradas na Tabela 2-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite cortar até uma profundidade cumulativa do furo de 1000 mm foi usada como indicador de avaliação no teste de perfuração de furos.

Tabela 2-2

24/42

Condições de corte	Furo	outro
velocida- 1-150 m/min	Diâmetro do furo:	Profundida- 9 mm
de	φ3 mm	de do furo
0,1 mm/rev	NACHI HSS	vida útil da Até a fra-
alimenta-	straight drill	ferramenta tura
ção Óleo de corte	protuberância: 45 mm
solúvel em água
fluido de
corte

Teste de impacto Charpy

A figura 2 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrado na figura 2, um corpo de prova retangular em forma de barra 5 maior que o corpo de prova do teste Charpy em 1 mm por lado foi cortado de cada aço forjado 4 de forma que seu eixo era perpendicular à direção de alongamento-forjamento do aço 4 após ele ter sido submetido ao tratamento térmico para normalização consistindo em manutenção sob condições de temperatura de 850°C por um a hora seguido de resfriamento a ar. A seguir, cada corpo de prova em forma de barra 5 foi mantido sob condições de temperatura de 850°C por u ma hora, resfriado bruscamente a água, mantido sob condições de temperatura de 550°C por 30 min, e submetido ao encruamento com resfriamento a água. A seguir, o corpo de prova em forma de barra 5 foi usinado para fabricar um corpo de prova do teste Charpy 6 em conformidade com a JIS Z 2202, o qual foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como indicador de avaliação.

Observação do AlN precipitado

A observação do AlN precipitado foi conduzida pelo método replica do microscópio de transmissão eletrônica usando um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método do corpo de prova para avaliação da usinabilidade.

25/42

A observação do AIN precipitado foi executada para 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todo o precipitado AIN computado por AIN precipitado de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos na Tabela 2-3.

Tabela 2-3

	N°	AlxNx100000	Temperatura de aqueci- mento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da invenção	31	91	1250	17.2	35	34
Exemplo da invenção	32	82	1250	14.0	45	29
Exemplo da invenção	33	91	1250	17.3	56	23
Exemplo da invenção	34	90	1250	16.9	60	19
Exemplo da invenção	35	92	1250	17.3	67	17
Exemplo da invenção	36	56	1250	5.8	68	16
Exemplo comparativo	37	29	1200	2.9	14	36
Exemplo comparativo	38	203	1250	85.5	15	29
Exemplo comparativo	39	83	1200	26.5	27	26
Exemplo comparativo	40	39	1250	3.1	32	21
Exemplo comparativo	41	125	1250	32.8	40	18

Nas Tabelas 2-1 e 2-3, os aços n° 31 a n° 36 são Exemplos da presente invenção e os aços n° 37 a n° 41 são Exemplos Comparativos.

Conforme mostrado na Tabela 2-3, os aços dos Exemplos n° 31 10 a n° 36 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, a saber, VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 37 a 41 foram, cada um, inferiores aos aços de Exemplo em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre (vide figura 5).

Especificamente, os aços dos Exemplos Comparativos N°^s 37 e

26/42 têm teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços de Exemplo de teor de S comparável no indicador de avaliação de usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n^os 38 e 41 têm alto teor de Al ou de N. Como o valor Al x N desses aços estão, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), precipitados brutos de AlN ocorreram para tornar seu indicador de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 39 foi tratado termicamente a uma baixa temperatura de aquecimento de 1.200°C, de forma que ocorreram precipitados brutos de AlN para tornar seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

Terceiro Conjunto de Exemplos

No terceiro conjunto de Exemplos, aços de baixo carbono foram examinados quanto à usinabilidade e valor de impacto após a normalização. Nesse conjunto de Exemplos, aços das composições mostradas na Tabela 3-1, 150 kg de cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente ou laminados a quente sob a temperatura de aquecimento mostrada na Tabela 3-3 para se obter varas cilíndricas de 65 mm de diâmetro. As propriedades dos aços de Exemplo foram avaliadas sujeitando-se os mesmos ao teste de usinabilidade, ao teste de impacto Charpy e à observação dos precipitados AlN pelos métodos apresentados abaixo.

Tabela 3-1

Composição q	uímica (% em massa)
	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N
Exemplo da invenção	42	0,09	0,22	0,46	0,013	0,012	0,110	0,0055
Exemplo da invenção	43	0,10	0,24	0,52	0,012	0,030	0,089	0,0072
Exemplo da invenção	44	0,08	0,24	0,46	0,015	0,054	0,125	0,0068
Exemplo da invenção	45	0,09	0,23	0,47	0,010	0,133	0,114	0,0063
Exemplo comparativo	46	0,08	0,24	0,46	0,013	0,014	0,020	0,0052
Exemplo comparativo	47	0,10	0,24	0,54	0,015	0,022	0,211	0,0059

27/42

Exemplo comparativo	48	0,10	0,22	0,47	0,013	0,054	0,131	0,0072
Exemplo comparativo	49	0,08	0,20	0,47	0,015	0,100	0,034	0,0034
Exemplo comparativo	50	0,11	0,19	0,54	0,015	0,150	0,200	0,0058

Teste de usinabilidade

O teste de usinabilidade foi conduzido em aços forjados submetendo-se cada um ao tratamento térmico para normalização consistindo em manter sob condição de temperatura de 920 °C por uma hora seguido de resfriamento a ar, ajustando-se assim sua dureza HV10 para dentro da faixa de 115 a 120. Um corpo de prova de avaliação da usinabilidade foi então cortado de cada aço tratado termicamente e as capacidades de usinagem dos aços de Exemplo e dos Exemplos Comparativos foram avaliadas conduzindo-se o teste de perfuração de furos sob as condições de corte mostradas na Tabela 3-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade de furo de 1000 mm foi usada como indicador no teste de perfuração de furos.

Tabela 3-2

Condições de corte	Furo	Outro
velocidade 1-150 m/min	Diâmetro do furo:	Profundida- 9 mm
	φ3 mm	de do furo
alimenta- 0,25 mm/rev	furo reto	Vida útil da Até a fra-
ção	NACHI HSS	ferramenta tura
Óleo de corte solú-	protuberância
fluido de vel em água	45 mm
corte

Teste de impacto Charpy

A figura 3 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrado na figura 3, um corpo de prova Charpy 8 em conformidade com a JIS Z 2202 foi fabricado pela usinagem de cada aço

7, que foi tratado termicamente pelo mesmo método e sob as mesmas condições que no teste de usinabilidade anteriormente mencionado, de forma

28/42 que seu eixo foi perpendicular à direção de alongamento-forjamento do aço 7. O corpo de prova 8 foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como indicador de avaliação.

Observação do AlN precipitado

A observação do AlN precipitado AlN foi conduzida pelo método de réplica com microscópio de transmissão eletrônica usando-se um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método que aquele para o corpo de prova de avaliação da usinabilidade.

A observação do AlN precipitado foi executada por 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todos os precipitados AlN computados para precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos na Tabela 3-3.

Tabela 3-3

	N°	AlxNx100000	Temperatura de Aquecimento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da invenção	42	61	1250	7,6	83	66
Exemplo da invenção	43	64	1250	8,6	98	62
Exemplo da invenção	44	85	1250	14,7	113	56
Exemplo da invenção	45	72	1250	10,7	140	52
Exemplo comparativo	46	10	1250	0,2	48	68
Exemplo comparativo	47	124	1250	32,3	50	65
Exemplo comparativo	48	94	1150	32,1	57	57
Exemplo comparativo	49	12	1250	0,3	66	54
Exemplo comparativo	50	116	1250	28,0	71	51

Nas tabelas 3-1 e 3-3, os aços n° 42 a n° 45 são Exemplos da presente invenção e os aços n° 45 a n° 50 são Exemplos Comparativos.

29/42

Conforme mostrado na Tabela 3-3, os aços dos Exemplos n° 42 a n° 45 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, a saber, VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 46 a 50 foram, cada um, inferiores aos aços de Exemplo em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre. (Vide figura 6). Especificamente, os aços dos Exemplos Comparativos n^os 46 e 49 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto inferiores aos aços de Exemplo de teores de S comparáveis no indicador de avaliação de usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n^os 47 e 50 tiveram teores altos de Al ou de N. Como o valor de Al x N desses aços foi, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), precipitados brutos de AlN ocorreram para fazer seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 48 foi tratado termicamente a uma temperatura de aquecimento baixa de 1.150°C, de forma que ocorreram precipitados brutos de AlN para tornar seu indicador de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

Quarto Conjunto de Exemplos

No quarto conjunto de Exemplos, aços de médio carbono foram examinados quanto à usinabilidade após forjamento a quente seguido de resfriamento a ar (não-encruado). Nesse conjunto de exemplos, aços das composições mostradas na Tabela 4-1, 150 kg de cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente sob as temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 4-3 para o alongamento-forjamento dos mesmos em varas cilíndricas de 65 mm de diâmetro e resfriadas a ar, ajustando-se, portanto, sua dureza HV10 para dentro da faixa de 210 a 230. As propriedades dos aços de Exemplo foram avaliadas submetendo-se os mesmos ao teste de usinabilidade, teste de impacto Charpy e observação dos precipitados de AlN pelos métodos apresentados abaixo.

30/42

Tabela 4-1

Composição química (% em massa)

	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N
Exemplo da invenção	51	0,39	0,59	1,44	0,012	0,015	0,109	0,0055
Exemplo da invenção	52	0,38	0,55	1,45	0,014	0,020	0,098	0,0072
Exemplo da invenção	53	0,37	0,56	1,53	0,010	0,048	0,119	0,0068
Exemplo da invenção	54	0,36	0,18	1,80	0,011	0,095	0,102	0,0049
Exemplo da invenção	55	0,39	0,59	1,46	0,010	0,140	0,111	0,0063
Exemplo Comparativo	56	0,39	0,59	1,40	0,015	0,010	0,023	0,0052
Exemplo Comparativo	57	0,38	0,59	1,50	0,010	0,021	0,209	0,0059
Exemplo Comparativo	58	0,39	0,54	1,40	0,014	0,040	0,135	0,0072
Exemplo Comparativo	59	0,39	0,53	1,54	0,015	0,102	0,039	0,0034
Exemplo Comparativo	60	0,39	0,57	1,43	0,011	0,132	0,320	0,0058

Teste de usinabilidade

No teste de usinabilidade, corpos de prova de avaliação da usinabilidade foram cortados dos aços forjados com alongamento dos respectivos exemplos e a usinabilidade dos Exemplos e dos Exemplos Comparativos foram avaliadas pelo teste de perfuração de furos conduzido sob as condições de corte mostradas na Tabela 4-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade de furo cumulativa de 1000 mm foi usada como o indica10 dor de avaliação no teste de perfuração de furos.

Tabela 4-2

Condições de corte	Furo	Outro
velocidade 1-150 m/min	Diâmetro do furo:	Profundida- 9 mm
	φ3 mm	de do furo
alimenta- 0,25 mm/rev	furo reto	Vida útil da Até a
ção	NACHI HSS	ferramenta fratura
Óleo de corte so-	Protuberância:
Fluido de lúvel em água	45 mm
corte

31/42

Teste de Impacto Charpy

A figura 3 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrado na figura 3, um corpo de prova do teste Charpy 8 em conformidade com a JIS Z 2202 foi fabricado por usinagem de cada aço forjado 7 de forma que seu eixo fosse perpendicular à direção de alongamento-forjamento do aço 7. O corpo de prova 8 foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como o indicador de avaliação.

Observação dos precipitados de AlN

A observação dos precipitados de AlN foi conduzida pelo método réplica com microscópio de transmissão eletrônica usando um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método daquele para o corpo de prova de avaliação de usinabilidade.

A observação dos precipitados de AlN foi executada para 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todos os precipitados AlN computados para os precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos ma Tabela 4-3.

Tabela 4-3

	N°	AlxNx100000	Temperatura de aquecimento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da invenção	51	60	1250	7,5	40	15
Exemplo da invenção	52	71	1250	9,7	52	14
Exemplo da invenção	53	81	1250	13,6	61	10
Exemplo da invenção	54	50	1250	5,0	72	8
Exemplo da invenção	55	70	1250	9,8	77	6
Exemplo Comparativo	56	12	1250	0,3	25	17
Exemplo Comparativo	57	123	1250	31,7	36	12

32/42

Exemplo Comparativo	58	97	1200	30,1	40	11
Exemplo Comparativo	59	13	1250	0,4	47	8
Exemplo Comparativo	60	186	1250	71,8	55	6

Nas Tabelas 4-1 e 4-3, os aços n° 51 a n° 55 são Exemplos da presente invenção e os aços n° 56 ao n° 60 são Exemplos Comparativos.

Conforme mostrado na Tabela 4-3, os aços dos Exemplos n° 51 ao n° 55 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, a saber VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 56 a 60 foram, cada um, inferiores aos aços dos Exemplos em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre (vide figura 7). Especificamente os aços dos Exemplos Comparativos n^os 56 e 59 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços de Exemplo de teor de S comparável no indicador de avaliação da usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n^os 57 e 60 tiveram alto teor de Al ou N. Como o valor de Al x N desses aços ficou, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), precipitados brutos de AlN ocorreram para tornar seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 58 teve alto teor de Al ou N. Como o valor de Al x N desse aço ficou, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1). Em adição, ele foi tratado termicamente a uma baixa temperatura de aquecimento de 1.200°C. Como resultado, ocorreram precipitados brutos de AlN para tornar seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

Quinto Conjunto de Exemplos

No quinto conjunto de Exemplos, aços liga de baixo carbono contendo Cr e V como elementos de ligação foram examinados quanto à usinabilidade e valor de impacto após o forjamento a quente seguido de resfriamento a ar (não-encruado). Nesse conjunto de Exemplos, aços das composições mostradas na Tabela 5-1, 150 kg de cada, foram produzidos em

33/42 um forno a vácuo, forjados a quente sob as temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 5-3 para o alongamento-forjamento por alongamento em varas cilíndricas com 65 mm de diâmetro e resfriadas a ar, ajustando-se assim sua dureza HV10 para dentro da faixa de 200 a 220. As propriedades dos aços do Exemplo foram avaliadas submetendo-se os mesmos ao teste de usinabilidade, ao teste de impacto Charpy, e à observação do precipitado AlN pelos métodos apresentados abaixo.

Tabela 5-1

Composição química (% em massa)

	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N	V	Cr
Exemplo da invenção	61	0,23	0,30	0,88	0,026	0,014	0,091	0,0101	0,23	0,13
Exemplo da invenção	62	0,23	0,30	0,90	0,025	0,015	0,101	0,0053	0,23	0,13
Exemplo da invenção	63	0,23	0,29	0,90	0,026	0,025	0,098	0,0085	0,25	0,15
Exemplo da invenção	64	0,23	0,30	0,91	0,026	0,040	0,119	0,0078	0,23	0,15
Exemplo da invenção	65	0,23	0,28	0,92	0,024	0,099	0,180	0,0052	0,25	0,13
Exemplo da invenção	66	0,20	0,32	0,92	0,024	0,150	0,101	0,0093	0,25	0,17
Exemplo Comparativo	67	0,22	0,28	0,92	0,025	0,011	0,023	0,0102	0,25	0,15
Exemplo Comparativo	68	0,22	0,32	0,90	0,024	0,024	0,209	0,0098	0,24	0,16
Exemplo Comparativo	69	0,21	0,31	0,91	0,025	0,044	0,130	0,0073	0,25	0,13
Exemplo Comparativo	70	0,20	0,31	0,89	0,027	0,095	0,033	0,0085	0,23	0,16
Exemplo Comparativo	71	0,23	0,31	0,90	0,023	0,140	0,320	0,0099	0,24	0,15

Teste de usinabilidade

No teste de usinabilidade corpos de prova de avaliação da usinabilidade foram cortados de aços forjados por alongamento dos respectivos Exemplos e as capacidades de usinagem dos aços dos Exemplos e dos Exemplos Comparativos foram avaliados pelo teste de perfuração de furos conduzidos sob as condições de corte mostradas na Tabela 5-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade cumulativa do furo de 1000 mm foi usada como o indicador de avaliação do teste de perfuração de furos.

34/42

Tabela 5-2

Condiçõs de corte	Furo	Outro
velocidade 1-150 m/min	Diâmetro do furo: φ3 mm	Profundida- 9 mm de do furo
alimentação 0,25 mm/rev	fro reto	Vida útil da Até a fra-
Fluido de Óleo de corte so- corte lúvel em água	NACHI HSS Protuberância: 45 mm	ferramenta tura

Teste de Impacto Charpy

A figura 3 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, como mostrado na figura 3, um corpo de prova Charpy 8 em conformidade com a JIS Z 2202 foi fabricado por usinagem de cada aço forjado 7 de forma que seu eixo fosse perpendicular à direção de alongamentoforjamento do aço 7. O corpo de prova 8 foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela

JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como o indicador de avaliação.

Observação do precipitado de AlN

A observação da precipitação do AlN foi conduzida pelo método replica com microscópio de transmissão eletrônica usando-se um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método que aquele para o corpo de prova da avaliação da usinabilidade.

A observação do AlN precipitado foi executada para 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todos os precipitados de AlN computados para precipitados AlN de um diâ20 metro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos na Tabela 5-3.

35/42

Tabela 5-3

	N°	AlxNx100000	Temperatura de aqueci- mento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da Invenção	61	92	1250	17.6	40	15
Exemplo da Invenção	62	54	1250	6.0	42	16
Exemplo da Invenção	63	83	1250	14.5	51	12
Exemplo da Invenção	64	93	1250	17.9	61	10
Exemplo da Invenção	65	94	1250	18.3	73	9
Exemplo da Invenção	66	94	1250	18.4	75	5
Exemplo Comparativo	67	23	1250	1.1	25	16
Exemplo Comparativo	68	205	1250	87.4	34	12
Exemplo Comparativo	69	95	1200	29.5	42	11
Exemplo Comparativo	70	28	1250	1.6	49	9
Exemplo Comparativo	71	317	1250	98.0	55	5

Nas Tabelas 5-1 e 5-3, os aços n° 61 ao n° 66 são Exemplos da presente invenção e os aços n° 67 ao n° 71 são Exemplos Comparativos.

Conforme mostrado na Tabela 5-3, os aços dos Exemplos n° 61 ao n° 66 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, a saber VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 67 a 71 foram, cada um, inferiores aos aços dos Exemplos em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre. (Vide a figura 8.)

Especificamente, os aços dos Exemplos Comparativos n^os 67 e 70 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços de Exemplo de teores de S comparáveis no indicador de avaliação da usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n^os 68 e 71 tiveram alto teor de Al ou N. Como o valor de Al x N desses aços estava, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), ocorreram precipitados brutos de AlN para fazer seu indicador de avaliação da usinabilidade VL1000 inferior àquele dos

36/42 aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 69 foi tratado termicamente a baixa temperatura de aquecimento de 1.200°C, de for ma que ocorreram precipitados brutos de AlN para tornar aeu indicador de avaliação de usinabilidade

VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

Sexto Conjunto de Exemplos

No sexto conjunto de Exemplos, aços liga de médio carbono contendo Cr e V como elementos de ligação e tendo um alto teor de Si foram examinados quanto à usinabilidade e valor de impacto após o forjamento a quente seguido de resfriamento a ar (não encruado). Nesse conjunto de Exemplos, os aços das composições mostradas na Tabela 6-1, 150 kg de cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente sob as temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 6-3 para forjá-los em alongamento em varas cilíndricas com diâmetro de 65 mm e resfriados a ar, ajustando assim sua dureza

HV10 para dentro da faixa de 280 a 300. As propriedades dos aços de Exemplo foram avaliadas submetendo-se os mesmos ao teste de usinabilidade, ao teste de impacto de Charpy e à observação de precipitados de AlN pelos métodos ajustados apresentados abaixo.

Tabela 6-1

Composição química (% em massa)

	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N	V	Cr
Exemplo da invenção	72	0,30	1,31	1,48	0,024	0,010	0,084	0,0105	0,09	0,35
Exemplo da invenção	73	0,30	1,30	1,48	0,025	0,010	0,099	0,0055	0,09	0,35
Exemplo da invenção	74	0,29	1,31	1,48	0,027	0,024	0,097	0,0089	0,10	0,34
Exemplo da invenção	75	0,31	1,29	1,48	0,023	0,044	0,121	0,0076	0,10	0,34
Exemplo da invenção	76	0,30	1,31	1,48	0,025	0,096	0,182	0,0049	0,10	0,35
Exemplo da invenção	77	0,31	1,29	1,48	0,023	0,146	0,102	0,0090	0,11	0,35
Exemplo Comparativo	78	0,30	1,31	1,52	0,026	0,014	0,023	0,0134	0,09	0,34
Exemplo Comparativo	79	0,31	1,28	1,48	0,026	0,022	0,209	0,0099	0,10	0,35
Exemplo Comparativo	80	0,30	1,31	1,51	0,027	0,047	0,132	0,0065	0,11	0,36
Exemplo Comparativo	81	0,30	1,32	1,51	0,026	0,100	0,035	0,0089	0,10	0,36

37/42

Exemplo Comparativo

82

0,29

1,30

1,49

0,025

0,147

0,220

0,0093

0,11

0,34

Teste de usinabilidade

No teste de usinabilidade, corpos de prova de avaliação da usinabilidade foram cortados de aços forjados com alongamento dos respectivos exemplos e as capacidades de usinagem dos aços dos Exemplos e dos

Exemplos Comparativos foram avaliados pelo teste de perfuração de furos sob as condições de corte mostradas na Tabela 6-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade cumulativa do furo de 1000 mm foi usada como indicador da avaliação no teste de perfuração de furos.

Tabela 6-2

Condições de corte	Furo	Outro
velocidade 1-150 m/min	Diâmetro do furo:	Profundida- 9 mm
	φ3 mm	de do furo
alimentação 0,25 mm/rev	furo reto	Vida útil da Até a fra-
	NACHI HSS	ferramenta tura
Fluido de Oleo de corte so-	Protuberância:
corte luvel em água	45 mm

Teste de impacto Charpy

A figura 3 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova de impacto Charpy foi cortado. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrad]o na FIG, 3, um corpo de prova Charpy 8 em con15 formidade com a JIS Z 2202 foi fabricado pela usinagem de cada aço forjado 7 de forma que seu eixo fosse perpendicular à direção de alongamentoforjamento do aço 7. O corpo de prova 8 foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como indicador da avaliação.

Observação do AlN precipitado

A observação do AlN precipitado foi conduzida pelo método de réplica com microscópio de transmissão eletrônica usando-se um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método usado para o

38/42 corpo de prova de avaliação da usinabilidade.

A observação dos precipitados de AlN foi executada para 20 campos de 1,000 gm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todos os precipitados AlN computados para precipitados AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos na Tabela

6-3.

Tabela 6-3

	N°	AlxNx100000	Temperatura de aqueci- mento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da Invenção	72	88	1250	16.2	10	14
Exemplo da Invenção	73	54	1250	6.2	12	15
Exemplo da Invenção	74	86	1250	14.8	15	12
Exemplo da Invenção	75	92	1250	17.6	32	9
Exemplo da Invenção	76	89	1250	16.6	47	7
Exemplo da Invenção	77	92	1250	17.6	59	4
Exemplo Comparativo	78	31	1250	2,0	3	13
Exemplo Comparativo	79	207	1250	89.2	5	10
Exemplo Comparativo	80	86	1200	22.7	15	8
Exemplo Comparativo	81	31	1250	2,0	17	8
Exemplo Comparativo	82	205	1250	87.2	28	6

Nas Tabelas 6-1 e 6-3, os aços n° 72 ao n° 77 são Exemplos da 10 presente invenção e os aços n° 78 ao n° 82 são Exemplos Comparativos.

Conforme mostrado na Tabela 6-3, os aços dos Exemplos n° 72 ao n° 77 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados, a saber VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 78 a 82 foram, cada um, inferiores aos aços do Exemplo em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e

39/42 o valor de impacto (energia absorvida) foi pobre. (vide figura 9).

Especificamente, os aços dos Exemplos comparativos n^os 78 e 81 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços de Exemplo de teor de S comparável no indicador de avaliação de usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos n°^s 79 e 82 tiveram alto teor de Al ou N. Como o valor de Al x N desses aços ficou, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), ocorreram precipitados brutos de AlN para tornar seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 80 foi tratado termicamente a uma baixa temperatura de aquecimento de 1.200°C, de forma que precipitados brutos de AlN ocorreram para fazer seu indicador de avaliação de usinabilidade VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor comparável. Sétimo Conjunto de Exemplos

No sétimo conjunto de Exemplos, aços liga de médio carbono contendo Cr e V como elementos de ligação e tendo um baixo teor de Si foram examinados quanto à sua usinabilidade e valor de impacto após forjamento a quente seguido de resfriamento a ar (não encruado). Nesse conjunto de Exemplos, os aços das composições mostradas na Tabela 7-1, 150 kg de cada, foram produzidos em um forno a vácuo, forjados a quente sob as temperaturas de aquecimento mostradas na Tabela 7-3 para forja-los com alongamento em varas cilíndricas de 65 mm de diâmetro e resfriados a ar, ajustando assim sua dureza HV10 para dentro da faixa de 240 a 260. As propriedades dos aços de Exemplo foram avaliadas ajustando-se os mesmos ao teste de usinabilidade, teste de impacto Charpy e observação do precipitado AlN pelos métodos apresentados abaixo.

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Tabela 7-1

Composição Química (% em massa)

	N°	C	Si	Mn	P	S	Al	N	V	Cr
Exemplo da Invenção	83	0,47	0,27	0,98	0,015	0,013	0,083	0,0107	0,11	0,10
Exemplo da Invenção	84	0,47	0,29	0,96	0,013	0,021	0,091	0,0088	0,11	0,12
Exemplo da Invenção	85	0,45	0,30	0,98	0,015	0,050	0,123	0,0073	0,11	0,10
Exemplo da Invenção	86	0,48	0,28	0,99	0,010	0,097	0,160	0,0050	0,11	0,11
Exemplo da Invenção	87	0,46	0,26	0,99	0,015	0,145	0,098	0,0091	0,11	0,10
Exemplo da Invenção	88	0,46	0,26	0,97	0,014	0,021	0,097	0,0038	0,12	0,12
Exemplo da Invenção	89	0,45	0,25	0,98	0,015	0,024	0,103	0,0047	0,10	0,13
Exemplo Comparativo	90	0,47	0,26	0,97	0,012	0,010	0,019	0,0138	0,13	0,10
Exemplo Comparativo	91	0,48	0,27	0,96	0,014	0,027	0,215	0,0096	0,10	0,12
Exemplo Comparativo	92	0,45	0,30	0,97	0,011	0,049	0,126	0,0069	0,12	0,11
Exemplo Comparativo	93	0,47	0,26	0,98	0,013	0,090	0,029	0,0099	0,13	0,13
Exemplo Comparativo	94	0,47	0,26	0,98	0,013	0,143	0,242	0,0051	0,11	0,13

Teste de usinabilidade

No teste de usinabilidade, corpos de prova de avaliação da usinabilidade foram cortados dos aços forjados com alongamento dos respecti5 vos Exemplos e as capacidades de usinagem do Exemplo e dos Exemplos Comparativos foram avaliadas pelo teste de perfuração de furos conduzido sob as condições de corte mostradas na Tabela 7-2.

A velocidade máxima de corte VL1000 que permite o corte até uma profundidade cumulativa do furo de 1000 mm foi usada como indicador da avaliação do teste de perfuração de furos.

Tabela 7-2

Condições de corte	Furo	Outro
velocidade 1-150 m/min	Diâmetro do furo:	Profundida- 9 mm
	φ3 mm	de do furo
alimenta- 0,25 mm/rev		Até a fratura
ção	NACHI HSS	Vida útil da
óleo de corte so-	furo reto	ferramenta
Fluido de lúvel em água	protuberância:
corte	45 mm

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Teste de Impacto Charpy

A figura 3 é um diagrama mostrando a região da qual o corpo de prova do teste de impacto Charpy foi cortada. No teste de impacto Charpy, inicialmente, conforme mostrado na figura 3, um corpo de prova Charpy 8 de acordo com a JIS Z 2202 foi fabricado por usinagem de cada um dos aços forjados 7 de forma que seu eixo fosse perpendicular à direção de alongamento-forjamento do aço 7. O corpo de prova 8 foi submetido a um teste de impacto Charpy à temperatura ambiente de acordo com o método prescrito pela JIS Z 2242. A energia absorvida por unidade de área (J/cm²) foi adotada como indicador de avaliação.

Observação do precipitado de AlN

A observação do precipitado de AlN foi conduzida pelo método de replica com o microscópio de transmissão eletrônica usando-se um espécime cortado da região Q de um aço fabricado pelo mesmo método daquele do corpo de prova de avaliação da usinabilidade.

A observação do precipitado de AlN foi executada para 20 campos de 1,000 pm² selecionados aleatoriamente para determinar a fração (%) de todos os precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm.

Os resultados dos testes acima estão resumidos na Tabela 7-3.

Tabela 7-3

	N°	AlxNx1 00000	Temperatura de aqueci- mento (°C)	Fração de AlN (%)	VL1000 (m/min)	Valor de impacto (J/cm2)
Exemplo da Invenção	83	89	1250	16,4	25	17
Exemplo da Invenção	84	80	1250	13,4	36	12
Exemplo da Invenção	85	90	1250	16,8	54	10
Exemplo da Invenção	86	80	1250	13,3	65	8
Exemplo da Invenção	87	89	1250	16,6	66	7
Exemplo da Invenção	88	37	1210	3,6	37	13

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Exemplo da Invenção	89	48	1230	5,3	48	11
Exemplo Comparativo	90	26	1200	2,4	13	17
Exemplo Comparativo	91	206	1250	88,8	20	14
Exemplo Comparativo	92	87	1200	24,5	35	11
Exemplo Comparativo	93	29	1250	1,7	50	9
Exemplo Comparativo	94	123	1250	31,7	54	5

Nas Tabelas 7-1 e 7-3, os aços n° 83 ao n° 89 são Exemplos da presente invenção e os aços n° 90 ao n° 94 são Exemplos Comparativos.

Conforme mostrado na Tabela 7-3, os aços dos Exemplos n° 83 ao n° 89 apresentaram indicadores de avaliação bem equilibrados,a saber VL1000 e valor de impacto (energia absorvida), mas os aços dos Exemplos Comparativos 90 a 94 foram, cada um, inferiores aos aços do Exemplo em pelo menos uma das propriedades, de forma que o equilíbrio entre VL1000 e valor de impacto (energia absorvida) foi pobre. (Vide figura 10).

Especificamente, os aços dos Exemplos Comparativos n^os 90 e 93 tiveram teores de Al abaixo da faixa prescrita pela presente invenção e foram, portanto, inferiores aos aços de Exemplo de teor de S comparável em indicador de avaliação da usinabilidade VL1000.

Os aços dos Exemplos Comparativos 91 e 94 tiveram altos teor de Al ou N. Como o valor de Al x N desses aços estava, portanto, acima da faixa que satisfaz a Eq. (1), precipitados brutos de AlN ocorreram para tornar seu indicador de avaliação VL1000 inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável.

O aço do Exemplo Comparativo n° 92 foi tratado termicamente a uma baixa temperatura de aquecimento 1.200°C, de forma que precipitados brutos de AlN ocorreram para tornar seu indicador de avaliação de usinabilidade inferior àquele dos aços de Exemplo de teor de S comparável. Aplicabilidade Industrial

A presente invenção fornece um aço para trabalho a quente excelente em usinabilidade e valor de impacto que é ótimo para usinagem e aplicação como elemento estrutural de máquina.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço para trabalho a quente caracterizado pelo fato de compreender, em % em massa,

C: 0,20 a 0,85%,

Si: 0,01 a 1,5%,

Mn: 0,05 a 2,0%,

P: 0,005 a 0,2%,

S: 0,001 a 0,35%,

Al: mais do que 0,1 a 1,0% e N: 0,016% ou menos, em teores que satisfaçam Al x N x 10⁵ < 96, e um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas, e o volume total de precipitados de AlN de um diâmetro de círculo equivalente excedendo 200 nm no aço responde por 20% ou menos do volume total de todos os precipitados de AlN.
2. Aço para trabalho a quente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda, em % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em

Ca: 0,0003 a 0,0015%,

Ti: 0,001 a 0,1%,

Nb: 0,005 a 0,2%,

W: 0,01 a 1,0%,

V: 0,01 a 1,0%,

Cr: 0,01 a 2,0%,

Mo: 0,01 a 1,0%,

Ni: 0,05 a 2,0%,

Cu: 0,01 a 2,0%,

Mg: 0,0001 a 0,0040%,

Zr: 0,0003 a 0,01%, e REMs: 0,0001 a 0,015%.
3. Aço para trabalho a quente, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender ainda, em % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em

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Sb: 0,0005% a menos de 0,0150%, Sn: 0,005 a 2,0%,

Zn: 0,0005 a 0,5%,

B: 0,0005 a 0,015%,
5 Te: 0,0003 a 0,2%,

Bi: 0,005 a 0,5%, e Pb: 0,005 a 0,5%.

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