BRPI0901014B1 - Weaving steel plate and method for producing the same - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CHAPA DE AÇO RESISTENTE AO DESGASTE E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DA MESMA".

Campo Técnico A presente invenção refere-se a uma chapa de aço resistente ao desgaste tendo excelente resistência ao desgaste a altas temperaturas e excelente capacidade de trabalho de dobramento que possa ser usada em maquinário de construção e maquinário industrial, e também refere-se a um método para produção de tal chapa de aço resistente ao desgaste. O presente pedido reivindica prioridade sobre o pedido de patente japonesa n° 2008-000301, registrada em 7 de janeiro de 2008, e sobre o pedido de patente japonesa n° 2008-268253, registrada em 17 de outubro de 2008, cujos teores estão aqui incorporados como referência.

Antecedentes da Técnica Em maquinários para construção usados para escavações em minas e terraplenagens, muitos componentes necessitam substituições regulares frequentes devido ao avançado desgaste. Entre esses tipos de componentes, para materiais de aço, o uso sob condições de alta temperatura representa a mais grave das condições de operação. Como a dureza do aço resistente ao desgaste diminui com o aumento da temperatura, o desgaste do aço tende a se acelerar rapidamente a uma temperatura de não menos que um certo valor. Esse desgaste é particularmente marcado por membros tais como cestas de escavadeiras nas quais o calor da fricção é gerado como resultado de fortes impactos, e funis para coque sinterizado que são expostos a impactos com corpos com altas temperaturas. Nesses tipos de membros, a temperatura da superfície da chapa de aço que constitui o membro pode alcançar temporariamente temperaturas de aproximadamente 300°C a 400°C. Como membros frequentes trocam resultados em uma deterioração na eficiência de operação do equipamento, há uma demanda considerável por um material de aço (um aço resistente ao desgaste) que apresente resistência superior ao desgaste mesmo sob esse tipo de condições.

Por outro lado, para permitir a aplicação em vários locais modelados, ou reduzir significativamente o número de seções soldadas, uma capacidade de trabalho de dobramento favorável da chapa de aço é frequentemente muito importante para um aço resistente ao desgaste. O aumento da dureza é eficaz na melhoria da resistência ao desgaste. Entretanto, quando uma chapa de aço tendo alta dureza é submetida ao dobramento, e particularmente dobramento com um pequeno raio de dobramento, a chapa de aço tende a ser propenso a quebra ou fratura. Além disso, se considerarmos também os fatores tais como o valor da resistência à deformação por dobramento e o grau de distensão, então ter um alto grau de dureza para uma chapa de aço é desvantajoso para alcançar a capacidade de trabalho de dobramento favorável. Em outras palavras, a resistência ao desgaste e a capacidade de trabalho de dobramento são geralmente propriedades mutuamente opostas. Por exemplo, uma chapa de aço resistente ao desgaste da classe HB500 (com um dureza Brinell à temperatura ambiente de aproximadamente 450 a 550) apresenta excelente resistência ao desgaste, mas tem uma capacidade de trabalho de dobramento relativamente pobre. Um aço tendo um menor grau de dureza tal como uma chapa de aço resistente ao desgaste da classe HB400 (com uma dureza Brinell à temperatura ambiente de aproximadamente 360 a 440) pode ser submetida ao trabalho de dobramento comparativamente com facilidade, e pode, portanto, ser aplicada a todas as formas de membros que necessitem capacidade de trabalho favorável, mas não possam apresentar uma resistência ao desgaste totalmente satisfatória, particularmente em termos da resistência ao desgaste sob condições de alta temperatura.

Consequentemente, transmitir um aço resistente ao desgaste tendo uma dureza à temperatura ambiente da classe HB400 com propriedades de resistência ao desgaste à alta temperatura favoráveis pode ser dito ser um método eficaz de se alcançar a combinação de capacidade de trabalho de dobramento favorável e resistência ao desgaste superior a altas temperaturas.

Uma chapa de aço resistente ao desgaste geralmente não necessita um valor de tenacidade particularmente alto, mas deve ter um certo nível de tenacidade para garantir que o aço não frature mesmo quando a espessura da chapa de aço diminui durante o uso. Em consideração ao uso em regiões frias, é geralmente considerado que a energia de absorção Charpy a -40°C não deve ser menor que 27 J.

Os inventores da presente invenção descreveram anteriormente, no Documento de Patente 1, um aço resistente ao desgaste para aplicações a alta temperatura tendo uma dureza Brinell da ordem da classe HB500. A invenção descrita nesse documento foi projetada com a resistência ao desgaste a alta temperatura como característica prioritária, sem se tomarem medidas particulares para melhorar a capacidade de trabalho de dobramento e, portanto, o aço é limitado a aplicações nas quais o raio de dobramento é comparativamente grande. O Documento de patente 2 refere-se a um aço resistente ao desgaste para temperaturas médias e moderadas que podem ser usados em regiões de 300°C a 400°C. Esse documento não dá consideração à tenacidade ou capacidade de trabalho, e não é feita nenhuma descrição em relação a essas propriedades; entretanto, como o aço inclui um nível extremamente alto de Si, imagina-se que nem a tenacidade nem a capacidade de trabalho seriam particularmente favoráveis. O Documento de Patente 3 refere-se a um aço resistente ao desgaste da classe HB400 que tenha excelente capacidade de trabalho de dobramento, mas absolutamente não é dada nenhuma consideração à resistência ao desgaste sob condições de alta temperatura.

Dessa maneira, até esse ponto não houve exemplos adequados de aços resistentes ao desgaste da classe HB400 que apresentassem capacidade de trabalho de dobramento favorável bem como um alto grau de resistência ao desgaste sob condições de alta temperatura de 300°C a 400°C.

Alem disso, como uma chapa de aço resistente ao desgaste é um item consumível, a economia é também um fator importante, e é desejável que a quantidade de elementos de ligação onerosos adicionados ao aço é mantida em um mínimo. Documento de Patente 1: pedido de patente japonesa não-examinado, primeira publicação n° 2001-49387 Documento de Patente 2: pedido de patente japonesa não-examinado, primeira publicação n° H03-243743 Documento de Patente 3: pedido de patente japonesa não-examinado, primeira publicação n° 2005-240135 Descrição da Invenção Problemas a serem Resolvidos pela Invenção A presente invenção visa fornecer um aço resistente ao desgaste que tenha uma dureza à temperatura ambiente da ordem da classe HB400 que indique capacidade de trabalho de dobramento favorável, tenha uma alto grau de resistência ao desgaste mesmo sob condições de alta temperatura de 300°C a 400°C, e seja muito econômico.

Meios para Resolver o Problema Imagina-se que para aumentar a resistência ao desgaste a altas temperaturas de 300°C a 400°C, é importante manter a dureza do aço a essas altas temperaturas. Por outro lado, a forma mais econômica de alcançar uma dureza à temperatura ambiente de aproximadamente HB400 é empregar uma estrutura de martensita. Entretanto, uma chapa de aço que tenha uma estrutura de martensita sofre uma grande redução na dureza à medida que a temperatura é aumentada. Consequentemente, em relação aos aços que contenham estruturas de martensita (aços martensita) e que tenham uma dureza à temperatura ambiente de aproximadamente HB400, métodos de melhoria da resistência ao desgaste à alta temperatura foram investigados,do ponto de vista de tentar manter a dureza a alta temperatura a um nível tão alto quanto possível. A presente invenção foi desenvolvida na suposição de condições de alta temperatura de 300°C a 400°C, e uma temperatura de 350°C foi usada como temperatura representativa para avaliar as propriedades do aço. A resistência ao desgaste a 350°C foi investigada quanto aos aços martensita tendo uma variedade de composições químicas. Essas avaliações de resistência ao desgaste foram conduzidas da forma descrita abaixo. Isto é, a temperatura da amostra foi controlada em um equipamento de teste de desgaste pin-on-disk prescrito na ASTM G99-05, e o teste de desgaste foi conduzido enquanto a temperatura da amostra foi ajustada para 350°C; com isso, as quantidades de desgaste para a amostra de teste e para uma amostra padrão (SS400) foram medidas. O resultado para a SS400 foi usado como padrão, e a razão de resistência ao desgaste a 350°C foi definida como [quantidade de desgaste da SS400 / quantidade de desgaste da amostra de teste]. Assim, a razão de resistência ao desgaste a 350°C foi determinada para a amostra. Quanto maior se torna o valor para essa razão de resistência ao desgaste, mais favorável é a resistência ao desgaste a 350°C. A figura 1 ilustra a relação entre a razão de resistência ao desgaste a 350°C e a quantidade adicionada de Nb para um aço martensita tendo uma composição básica incluindo 0,15% de C, 0,57% de Si, 0,41% de Mn, 1,37% de Cr, 0,08% de Mo, 0,012% de Ti, 0,0011% de B e 0,0032% de N, e que tenha uma quantidade variável de Nb. Quando a quantidade adicionada de Nb estava dentro da faixa de 0 a 0,03%, a razão da resistência ao desgaste a 350°C varia pouco, mas uma vez que a quantidade adicionada de Nb excede 0,03%, a razão de resistência a 350°C aumenta significativamente. Os carbonitretos de Nb que se precipitam durante a laminação tendem a inibir a recristalzação e reduzir o tamanho da microestrutura de aço, e portanto o Nb é geralmente adicionado em uma quantidade dentro de uma faixa de 0,01 a 0,02%. Entretanto, os carbonitretos de Nb que se precipitam durante a laminação não têm quase nenhum efeito na dureza a alta temperatura. Por outro lado, em relação ao Nb que existe na chapa de aço em um estado de solução sólida, quando a temperatura está dentro de uma faixa de 300°C a 400°C, ele ainda permanece em um estado de solução sólida ou existe como carbonitretos extremamente finos, e é suposto que qualquer um desses estados contribuirá para uma melhoria na dureza a alta temperatura. Em outras palavras, imagina-se que adicionando-se Nb em uma quantidade que exceda amplamente uma quantidade que exceda amplamente uma quantidade que se precipite durante a laminação, e então selecionando-se as condições adequadas de laminação e resfriamento, a quantidade de Nb em solução sólida dentro da chapa de aço pode ser aumentada, resultando em um aumento na dureza quando a chapa de aço é aquecida até 350°C e uma melhoria resultante na resistência ao desgaste a 350°C.

Os inventores da presente invenção conduziram investigações detalhadas da relação entre os elementos da liga do aço e a resistência ao desgaste a 350°C para uma grande quantidade de aços de martensita tendo um valor HB a 25°C dentro de uma faixa de 360 a 440. Como resultado, eles produziram a fórmula (1) abaixo para prognosticar a razão de resistência ao desgaste a 350°C a partir da composição química: Hl = [C] + 0,59[Si] - 0,58[Mn] + 0,29[Cr] + 0,39[Mo] + 2,11([Nb] -0,02) - 0,72[Ti] + 0.56M ---(1) em que [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] e [V] representam as quantidades (% em massa) de C, Si, Mn, Cr, Mo, Nb, Ti e V, respectivamente. Na fórmula (1), a razão para subtrair 0,02 da quantidade de Nb é considerar a quantidade de Nb que se precipita durante a laminação. A figura 2 ilustra a relação entre Hl e a razão de resistência ao desgaste a 350°C do aço de martensita.

Na presente invenção, o valor almejado para a resistência ao desgaste é ajustado como a razão da resistência ao desgaste a 350°C de não menos que 3,0 , isto é, uma quantidade de desgaste friccional que é 1/3 ou menos daquela da SS400. Da relação ilustrada na figura 2 fica claro que para satisfazer esse valor objetivado,o valor Hl deve ser 0,7 ou maior. Além disso, se o valor Hl for 0,8 ou maior, então a razão da resistência ao desgaste é 4,0 ou maior; portanto, uma resistência ao desgaste ainda mais favorável pode ser realizada. A fórmula (1) indica que além do Nb, aumentar-se as quantidades adicionadas de Si, Cr, Mo e V é também eficaz em melhorar a resistência ao desgaste a 350°C para um aço martensita.

Desses elementos, tanto o Mo quanto ο V são elementos que foram convencionalmente adicionados em grandes quantidades para aços de alta temperatura; entretanto, como custos recentes para esses elementos são extremamente altos, as quantidades adicionadas são preferivelmente mantidas tão pequenas quanto possível do ponto de vista de viabilidade econômica.

Em contraste, Si e Cr são comparativamente elementos de baixo custo, e são, portanto, vantajosos em termos de melhoria da resistência ao desgaste a 350°C. Por outro lado, a redução da quantidade de Mn é realmente também vantajosa em termos de alcançar uma resistência ao desgaste a 350°C favorável.

Para garantir que as estruturas martensita existem através do centro da espessura da chapa, é necessário garantir que o aço tenha capacidade de endurecimento satisfatória. A maioria das chapas de aço resistentes ao desgaste tem uma espessura de chapa de não mais que 50 mm. Se o valor de Ceq na fórmula a seguir exceder 0,50, uma capacidade de endurecimento suficiente pode ser alcançada para garantir que estruturas martensita existam através do centro de uma chapa de aço tendo uma espessura de 50 mm.

Ceq = [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 +[Ni]/40 + [Cr]/5 + [Mo]/4 + [V]/14 em que [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo] e [V] representam as quantidades (% em massa) de C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo e V, respectivamente.

Em termos de tenacidade, limites superiores adequados devem ser especificados para as quantidades de Si, P, S, Cr, Mo, Al, B e N para garantir uma energia de absorção Charpy a -40°C de não menos que 27 J. A presente invenção foi desenvolvida à luz das descobertas acima, e fornece os aspectos descritos abaixo. (1) A chapa de aço resistente a desgaste da presente invenção tendo excelente resistência ao desgaste a altas temperaturas e excelente capacidade de trabalho de dobramento inclui, em valores de % em massa, C: não menos que 0,13% e não mais que 0,18%, Si: não menos que 0,5% mas menos de 1,0%, Mn: não menos que 0,2% e não mais que 0,8%, P: não mais que 0,020%, S: não mais que 0,010%, Cr: não menos que 0,5% e não mais que 2,0%, Mo: não menos que 0,03% e não mais que 0,30%, Nb: mais que 0,03% mas não mais que 0,10%, Al: não menos que 0,01% e não mais que 0,20%, B: não menos que 0,0005% e não mais que 0,0030%, e N: não mais que 0,010%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, onde a composição de elementos é tal que Hl definido abaixo é 0,7 ou maior, e o Ceq excede 0,50, e o valor HB (dureza Brinell) a 25°C é de não menos que 360 e não mais que 440.

Hl = [C] + 0,59[Si] - 0,58[Mn] + 0,29[Cr] + 0,39[Mo] + 2,11([Nb] -0,02) - 0,72[Ti] + 0,56[V] Ceq = [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [Mo]/4 + [V]/14 onde [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] e [V] representam as quantidades (% em massa) de C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Nb, Ti e V, respectivamente. (2) A chapa de aço resistente ao desgaste tendo excelente resistência ao desgaste a altas temperaturas e excelente capacidade de trabalho de dobramento conforme o aspecto da presente invenção descrito no item (1) acima pode também incluir, em valores de % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Cu: não menos que 0,05% e não mais que 1,5%, Ni: não menos que 0,05% e não mais que 1,0%, Ti: não menos que 0,003% e não mais que 0,03%, e V: não menos que 0,01% e não mais que 0,20%. (3) Um método para produção de uma chapa de aço resistente ao desgaste que tenha excelente resistência ao desgaste a altas temperaturas e excelente capacidade de trabalho de dobramento conforme a presente invenção inclui: aquecer uma placa tendo a composição descrita no item (1) ou (2) acima até uma temperatura de pelo menos 1.200°C, conduzir a laminação a quente com uma razão de redução cumulativa de não menos que 30% e não mais que 65% a uma temperatura de não menos que 900°C, terminar a laminação a quente a uma temperatura de não menos que 900°C; e após o término da laminação a quente, ou executar imediatamente o resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou diminuir a mesma de forma que uma taxa de resfriamento no centro da espessura da chapa seja de pelo menos 5°C/s, ou conduzir o resfriamento até uma temperatura de 200°C ou menor, subsequentemente reaquecendo até uma temperatura de não menos que a temperatura do ponto de transformação Ar3, e então executando-se o resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou menor de forma que a taxa de resfriamento no centro da espessura da chapa seja de pelo menos 5°C/s.

Efeito da Invenção Conforme a presente invenção, uma chapa de aço resistente ao desgaste tendo uma dureza à temperatura ambiente da ordem da classe HB400 que indica capacidade de trabalho de dobramento favorável, tendo um alto grau de resistência ao desgaste sob condições de alta temperatura de 300°C a 400°C, e é muito econômica pode ser produzido com relativa facilidade.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é um gráfico ilustrando a relação entre a quantidade adicionada de Nb e a resistência ao desgaste a 350°C. A figura 2 é um gráfico ilustrando a relação entre o valor Hl e a resistência ao desgaste a 350°C.

Melhor Forma para Executara Invenção Uma descrição mais detalhada da presente invenção está apresentada abaixo.

Inicialmente há uma descrição das razões para restringir cada um dos componentes do aço na chapa de aço resistente ao desgaste da presente invenção. C é um elemento importante na determinação da dureza da martensita. Na presente invenção, para garantir que o valor HB à temperatura ambiente dentro da porção central da espessura da chapa que tenha uma espessura de até 50 mm seja de não menos que 360 e não mais que 440, o teor de C é ajustado para não menos que 0,13% e não mais que 0,18%.

Si é um elemento particularmente eficaz para melhorar a resistência ao desgaste a 350°C, e é também um elemento de ligação barato. Entretanto, quando uma grande quantidade de Si é adicionada, são provocadas reduções na dureza e na capacidade de trabalho. Por essas razões, a quantidade adicionada de Si é ajustada para não menos que 0,50% mas menos que 1,0%. Se for colocada ênfase particular na capacidade de trabalho, então a quantidade adicionada de Si é preferivelmente menor que 0,8%.

Mn, por formar MnS, é essencial para evitar a redução na tenacidade e a deterioração na capacidade de trabalho de dobramento provocada pela segregação de S no limite dos grãos, e é adicionado em uma quantidade de não menos que 0,2%. Uma vez que o Mn aumenta a capacidade de endurecimento, é preferível adicionar-se Mn em uma grande quantidade com o propósito de garantir uma dureza à temperatura ambiente mais favorável na porção central da espessura de uma chapa que tenha uma espessura de até 50 mm. Entretanto, por outro lado, o Mn provoca uma redução na resistência à alta temperatura, e realmente provoca uma diminuição na resistência ao desgaste a 350°C. Por esta razão, a quantidade adicionada de Mn é preferivelmente menor que 0,5%. Mesmo em termos de aumentar a capacidade de endurecimento, o limite superior para o teor de Mn é 0,8%. Consequentemente, a quantidade adicionada de Mn é ajustada para não menos que 0,2% e não mais que 0,8%, e é preferivelmente não menos que 0,2% mas menos que 0,5%. P é um elemento prejudicial que provoca a deterioração na capacidade de trabalho de dobramento e na tenacidade, e é incorporado como uma impureza inevitável. Consequentemente, o teor de P é contido para mão mais de 0,020%. Essa quantidade é preferivelmente 0,010% ou menor. A quantidade de P é preferivelmente tão baixo quanto possível em termos de capacidade de trabalho de dobramento e de tenacidade. Entretanto, uma vez que aumentos inevitáveis nos custos de refino são necessários para reduzir o teor de P para menos de 0,0005%, não há necessidade de limitar o teor de P para esse tipo de nível extremamente baixo. S é também um elemento prejudicial que provoca deterioração na capacidade de trabalho de dobramento e na tenacidade, e está incorporado como uma impureza inevitável. Consequentemente, o teor de S é suprimido para não mais que 0,010%. Essa quantidade é preferivelmente 0,005% ou menor. A quantidade de S é preferivelmente tão baixa quanto possível em termos de capacidade de trabalho de dobramento e de tenacidade. Entretanto, uma vez que aumentos inevitáveis no custo de refino são necessários para reduzir o teor de S para menos de 0,0005%, não há necessidade de se limitar o teor de S para esse tipo de nível extremamente baixo.

Cr é eficaz na melhoria da capacidade de endurecimento e na melhoria da resistência ao desgaste a 350°C, e é, portanto, adicionado em uma quantidade de pelo menos 0,5%. Para se obter uma capacidade de endurecimento satisfatória na porção central da espessura de uma chapa que tenha uma espessura de até 50 mm, a quantidade adicionada de Cr é preferivelmente 1,0% ou maior. Entretanto, a adição excessiva de Cr pode provocar uma redução na tenacidade e, portanto, o teor de Cr é limitado a não mais que 2%.

Mo melhora a resistência ao desgaste a 350°C, e adicionando-se uma pequena quantidade na presença de Nb produz uma grande melhoria na capacidade de endurecimento. Por esta razão, pelo menos 0,03% de MO devem ser adicionados. Entretanto, uma adição excessiva de Mo pode provocar uma redução na tenacidade e, portanto, a quantidade adicionada de Mo tem um limite superior de 0,30%. Além disso, o Mo tem sido extremamente oneroso nos últimos anos, e em termos de contenção do preço da liga, a quantidade adicionada de Mo é preferivelmente de menos de 0,10%.

Nb, devido à sua existência no estado de solução sólida na chapa, é extremamente eficaz na melhoria da resistência ao desgaste a 350°C. A quantidade de Nb necessária para garantir uma quantidade satisfatória de solução sólida Nb é uma quantidade de mais de 0,03%, e a quantidade é preferivelmente 0,04% ou maior. Na presente invenção, como 0,13% ou mais de C estão incluídos para garantir uma dureza Brinell à temperatura ambiente de não menos que 360, se a quantidade de Nb for muito grande, então Nb(CN) pode não ser completamente solubilizado solidamente durante o aquecimento. Esse tipo de Nb insolúvel não contribui para uma melhoria na dureza a alta temperatura, e pode realmente provocar uma redução na tenacidade. Por esta razão, a quantidade adicionada de Nb é de não mais que 0,10%, e é preferivelmente 0,08% ou menos.

Al é adicionado em uma quantidade de não menos que 0,01% como elemento desoxidante ou elemento para controle da morfologia das inclusões. Além disso, o Al é também adicionado em uma quantidade de não menos que 0,05% com o propósito de fixar o N para garantir a quantidade necessária de B livre necessária para melhorar a capacidade de endurecimento. Em qualquer caso, a adição excessiva de Al pode provocar uma redução na tenacidade e, portanto, o limite superior para o teor de Al é de 0,20%, e preferivelmente 0,10%. B é um elemento essencial que é extremamente eficaz na melhoria da capacidade de endurecimento. Para garantir uma manifestação satisfatória desse efeito, pelo menos 0,0005% de B são necessários. Entretanto, se o B for adicionado em uma quantidade excedendo 0,0030%, então a capacidade de soldagem e a tenacidade do aço podem deteriorar e, portanto, o teor de B é ajustado para não menos que 0,0005% e não mais que 0,0030%.

Se N for adicionado em excesso o N provoca a redução da tenacidade e também forma BN; portanto, o efeito de melhoria da capacidade de endurecimento que é fornecida pelo B é inibido. Como resultado, o teor de N é contido para não mais que 0,010%. O teor de N é preferivelmente 0,006% ou menos. Em termos de evitar qualquer deterioração na tenacidade e evitar a formação de BN, a quantidade de N é preferivelmente tão baixa quanto possível. Entretanto, uma vez que são necessários aumentos inevitáveis nos custos de refino para reduzir o teor de N para menos de 0,001%, não há necessidade de limitar-se o teor de N a esse tipo de nível extremamente baixo.

Os elementos acima representam os componentes básicos do aço da presente invenção; entretanto, um ou mais elementos entre Cu, Ni, V e Ti podem também ser adicionados em adição aos elementos descritos acima.

Cu é um elemento que é capaz de melhorar a dureza sem reduzir a tenacidade, e 0,05% ou mais de Cu podem ser adicionados para esse propósito. Entretanto, se Cu for adicionado em excesso, então a tenacidade pode realmente diminuir e, portanto, a quantidade adicionada de Cu é de não mais que 1,5%.

Ni é um elemento que é eficaz na melhoria da tenacidade, e 0,05% ou mais de Ni podem ser adicionados para esse propósito. Entretanto, como o Ni é um elemento oneroso, a quantidade adicionada é limitada a não mais que 1,0%. V é um elemento que é eficaz na melhoria da resistência ao desgaste a 350°C. Uma quantidade de 0,01% ou mais de V pode ser adicionada para esse propósito. Entretanto, V é também um elemento oneroso e pode provocar a deterioração da tenacidade se adicionado em excesso, portanto, se adicionado, a quantidade é limitada a não mais que 0,20%.

Ti pode ser adicionado para fixar o N como TiN; com isso a formação de BN é evitada. Como resultado, é garantida a quantidade necessária de B livre requerida para melhorar a capacidade de endurecimento. Uma quantidade de 0,003% ou mais de Ti pode ser adicionada para esse propósito. Entretanto, a adição de Ti tende a provocar deterioração na resistência ao desgaste a 350°C. Consequentemente, a quantidade adicionada de Ti e limitada a não mais que 0,030%.

Em adição às restrições nas faixas dos componentes mostradas acima, conforme mencionado acima, a composição dos elementos da presente invenção é também restrita de forma que o valor de Hl na fórmula (1) seja de não menos que 0,7 , e o valor de Ceq seja maior que 0,50.

Entretanto, se os valores d Hl e Ceq forem muito aumentados, então a tenacidade pode deteriorar e, portanto, o Hl é preferivelmente não mais que 1,2 e Ceq é preferivelmente não mais que 0,70. A seguir está uma descrição de um método para produção de uma chapa de aço resistente ao desgaste da presente invenção.

Inicialmente, uma placa tendo a composição dos componentes do aço descrita acima é aquecida e submetida à laminação a quente.

Na presente invenção, não há restrições particulares ao método usado para a produção da placa antes da laminação a quente. Em outras palavras, após a fusão em um alto forno, forno conversor ou forno elétrico ou similar, o processo de ajuste dos componentes pode ser conduzido usando-se qualquer uma das várias técnicas de refino secundário para alcançar a quantidade almejada de cada elemento, e o lingotamento pode ser então conduzido usando-se um método de lingotamento contínuo convencional, lingotamento pelo método de lingotes, ou lingotamento por outro método tal como lingotamento de placas finas. Sucata metálica pode ser usada como matéria-prima. No caso de uma placa obtida por lingotamento contínuo, a placa lingotada a alta temperatura pode ser alimentada diretamente ao equipamento de laminação a quente, ou pode ser resfriada até a temperatura ambiente e então reaquecida em um forno antes de sofrer a laminação a quente. Os componentes da placa são os mesmos que os componentes da chapa de aço resistente ao desgaste da presente invenção descrita acima.

Para garantir uma solubilização sólida satisfatória do Nb, a temperatura de aquecimento para a placa é 1.200°C ou maior. Entretanto, se a temperatura de aquecimento for muito alta, ocorre o embrutecimento das estruturas austenita; com isto, a microestrutura após a laminação a quente não se torna suficientemente fina e é provocada a deterioração na tenacidade. Portanto, a temperatura de aquecimento para a placa é preferivelmente de não mais que 1.350°C.

Durante a laminação a quente, a razão de redução cumulativa é ajustada para não menos que 30% e não mais que 65% a uma temperatura de não mais que 960°C e não menos que 900°C. A temperatura e a razão de redução são restritas a essas faixas de modo a reduzir a quantidade de carbonitretos de Nb precipitados durante a laminação até um requisito mínimo que é necessário para garantir o refino de grão favorável.

Além disso, para suprimir a precipitação desnecessária de carbonitretos de Nb e maximizar a quantidade de solução sólida de Nb, a laminação a quente é preferivelmente terminada a uma temperatura de não menos de 900°C. Além disso, a temperatura de término da laminação a quente deve ser de não mais que 960°C.

Após a laminação a quente, o resfriamento acelerado é conduzido para se obter estruturas de martensita, ou executando-se o resfriamento brusco direto ou pelo reaquecimento do aço laminado e então executando-se o resfriamento brusco.

No caso de resfriamento brusco direto, após o término da laminação a quente, a chapa laminada é imediatamente submetida ao resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou menor a uma taxa de resfriamento de pelo menos 5°C/s (taxa de resfriamento no centro da espessura da chapa de aço).

No caso de reaquecimento e resfriamento brusco, após o término da laminação a quente, a chapa laminada é resfriada uma vez até a temperatura de 200°C ou menor (a taxa de resfriamento é arbitrária), subsequentemente reaquecida até uma temperatura de não menos que o ponto de transformação AC3, e então submetido ao resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou menor de forma que a taxa de resfriamento no centro da espessura da chapa seja de pelo menos 5°C/s.

Durante 0 resfriamento acelerado conduzido imediatamente após o término da laminação a quente no caso de resfriamento brusco direto, ou o resfriamento acelerado conduzido após o reaquecimento no caso de reaquecimento e resfriamento brusco, a taxa de resfriamento aumenta à medida que a espessura da chapa de aço diminui. Na presente invenção, a espessura almejada da chapa é tipicamente assumida como estando aproximadamente dentro de uma faixa de 4,5 mm a 50 mm. A taxa de resfriamento para uma chapa que tenha uma espessura de 4,5 mm pode ser extremamente alta; entretanto, não há nenhum problema particular associado com tal taxa alta, e nenhum limite superior é especificado para a taxa de resfriamento.

Um tratamento térmico de revenido não é particularmente necessário; entretanto, um tratamento térmico a uma temperatura de não mais que 300°C não faz com que as propriedades da chapa de aço saiam do escopo da presente invenção.

Exemplos Os aços A a Al tendo as composições mostradas nas Tabelas 1 e 2 foram fundidas para se obter placas. As placas obtidas foram aquecidas até uma temperatura de pelo menos 1,230°C, e então foram submetidas a processos sob as condições de produção mostradas nas Tabelas 3 e 4 para produzir chapas de aço tendo espessuras variando de 6 a 45 mm (cada um dos aços nos 1 a 17 representa um exemplo da presente invenção, enquanto cada um dos aços nos 18 a 44 representa um exemplo comparativo).

Tabela 1 (% em massa) Tabela 2 (% em massa) Tabela 2 (Continuação) Tabela 3 Tabela 3 (Continuação) Tabela 4 Tabela 4 (Continuação)____________________________________________________________________________________ Cada uma dessas chapas de aço foi avaliada quanto à dureza à temperatura ambiente, resistência ao desgaste a 350°C,capacidade de trabalho de dobramento, e tenacidade. A dureza à temperatura ambiente foi avaliada usando-se um método de teste de dureza Brinell (JIS Z 2243) para medir a dureza a 25°C. O valor almejado para a dureza à temperatura ambiente foi um valor de não menos que HB360 e não mais que HB440.

Conforme descrito acima, a resistência ao desgaste foi avaliada conduzindo-se um teste de desgaste usando-se um equipamento de teste de desgaste pin-on-disk prescrito na ASTM G99-05 com a temperatura da amostra mantida a 350°C, e então determinando-se a razão da resistência ao desgaste relativa a uma amostra padrão SS400 (quantidade de desgaste de SS400 / quantidade de desgaste da amostra de teste). O valor almejado para a resistência ao desgaste foi uma razão de resistência ao desgaste de 3,0 ou maior. A avaliação da capacidade de trabalho de dobramento foi conduzida da maneira a seguir. A saber, usando-se o método prescrito na JIS Z 2248, um corpo de prova JIS No. 1 foi submetido a um teste de dobramento até 180° na direção C a um raio de dobramento de quatro vezes a espessura da chapa (4t), e após o teste de dobramento, a aparência externa da porção curvada do corpo de prova foi examinada. A chapa de aço foi considerada como tendo passado se nenhuma fratura ou outros defeitos foram observados no lado de fora da porção curvada. A avaliação da tenacidade foi conduzida da forma descrita abaixo. A saber, um corpo de prova do teste Charpy n° 4 prescrita na JIS Z 2201 foi amostrada do centro da espessura da chapa em uma direção ortogonal à direção de laminação, um teste de impacto foi executado a -40°C, e foi medida a energia de absorção. Três corpos de prova foram submetidas a testes de impacto a -40°C, e o valor médio para a energia de absorção foi determinado. O valor almejado para a tenacidade foi um valor médio de não menos que 27 J.

Os resultados obtidos estão listados nas Tabelas 5 e 6.

Nas Tabelas 1 a 6, os valores numéricos sublinhados representam valores de componentes fora das faixas especificadas pela presente invenção, ou condições de temperatura ou propriedades insatisfatórias.

Tabela 5 Tabela 6 _______________________________________________i______________ Nos aços n— 1 a 17 que representam exemplos da presente invenção na Tabela 5, todos os valores para a dureza à temperatura ambiente, resistência ao desgaste a 350°C, capacidade de trabalho de dobramento, e tenacidade mencionados acima satisfizeram os respectivos valores almejados. Em contraste, nos aços nos 18 a 40 dos exemplos comparativos, nos quais a composição do aço saiu da faixa da composição química especificada na presente invenção, embora a produção do aço tenha sido conduzida usando-se o método da presente invenção, pelo menos uma da dureza à temperatura ambiente, a resistência ao desgaste a 350°C, a capacidade de trabalho de dobramento ou a tenacidade não satisfizeram o valor almejado. Além disso, nos aços nos41 a 44, nos quais a composição do aço satisfez a faixa especificada na presente invenção, mas o método de produção saiu do método prescrito na presente invenção, pelo menos um da dureza à temperatura ambiente, a resistência ao desgaste a 350°C, a capacidade de trabalho de dobramento ou a tenacidade falhou em satisfazer o valor almejado.

Aplicabilidade Industrial De acordo com a presente invenção, uma chapa de aço resistente ao desgaste tendo uma dureza à temperatura ambiente da classe HB400, que indica uma capacidade de trabalho de dobramento favorável, tem um alto grau de resistência ao desgaste mesmo sob condições de alta temperatura de 300°C a 400°C, e é muito econômico pode ser produzido com relativa facilidade. Como resultado, a presente invenção pode ser usada favoravelmente para construção de maquinário industrial e membros de maquinário industrial que requeiram resistência superior ao desgaste sob condições de alta temperatura, tais como cesta de escavadeira nas quais o calor friccional é gerado como resultado de impactos fortes, e funis para coque sinterizado que são expostos a impactos com corpos a alta temperatura.

REIVINDICAÇÕES

Claims (3)

1. Chapa de aço resistente ao desgaste, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço compreende, em termos de % em massa, C: não menos que 0,13% e não mais que 0,18%, Si: não menos que 0,5% mas menos que 1,0%, Mn: não menos que 0,2% e não mais que 0,8%, P: não mais que 0,020%, S: não mais que 0,010%, Cr: não menos que 0,5% e não mais que 2,0%, Mo: não menos que 0,03% e não mais que 0,30%, Nb: mais que 0,03% mas não mais que 0,10%, Al: não menos que 0,01% e não mais que 0,20%, B: não menos que 0,0005% e não mais que 0,0030%, e N: não mais que 0,010%, com o restante sendo Fe e as inevitáveis impurezas, em que a composição de elementos é tal que Hl definido abaixo é 0,7 ou maior e o Ceq definido abaixo excede 0,50, e o valor HB (Dureza Brinell) a 25°C é de não menos que 360 e não mais que 440, Hl = [C] + 0,59[Si] - 0,58[Mn] + 0,29[Cr] + 0,39[Mo] + 2,11([Nb] -0,02) - 0,72[Ti] + 0,56[V] Ceq = [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [Mo]/4 + [V]/14 em que [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr], [Mo], [Nb], [Ti] e [V] representam quantidades (% em massa) de C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, Nb, Ti e V, respectivamente.

2. Chapa de aço resistente ao desgaste de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço também compreende, em termos de % em massa, um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo em Cu: não menos que 0,05% e não mais que 1,5%, Ni: não menos que 0,05% e não mais que 1,0%, Ti: não menos que 0,003% e não mais que 0,03%, e V: não menos que 0,01% e não mais que 0,20%.

3. Método para produção de uma chapa de aço resistente ao desgaste como definida na reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende: aquecer uma placa tendo uma composição conforme definida na reivindicação 1 ou 2 até uma temperatura de pelo menos 1.200Ό, conduzir a laminação a quente com uma razão de redução cumulativa de não menos que 30% e não mais que 65% a uma temperatura de não mais que 960°C e não menos que 900°C, terminar a mencionada laminação a quente a uma temperatura de não menos que 900°C; e após o término da mencionada laminação a quente, ou executar imediatamente o resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou menor de forma que a taxa de resfriamento na porção central da espessura da chapa seja pelo menos 5°C/s, ou conduzir o resfriamento até uma temperatura de 200°C ou menor, subsequentemente reaquecendo até uma temperatura de não menos que o ponto de transformação AC3, e então executando-se o resfriamento acelerado até uma temperatura de 200°C ou menor de forma que a taxa de resfriamento dentro da porção central da espessura da chapa seja de pelo menos 5°C/s.