ES2252671T3 - Chapa de acero laminada al calor de muy alta resistencia y de baja densidad, y procedimiento de fabricacion. - Google Patents
Chapa de acero laminada al calor de muy alta resistencia y de baja densidad, y procedimiento de fabricacion.Info
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Abstract
Chapa de acero laminada al calor de muy alta resistencia y de baja densidad, caracterizada porque su composición en % en peso comprende: 0, 04% = carbono = 0, 5% 0, 05% = manganeso = 3% y eventualmente los elementos de endurecimiento siguientes: 0, 01% = niobio = 0, 1% 0, 01% = titanio = 0, 2% 0, 01% = vanadio = 0, 2%, tomado sólo o en combinación, y eventualmente los elementos que actúan sobre las temperaturas de transformación: 0, 0005% = boro = 0, 005% 0, 05% = níquel = 2% 0, 05% = cromo = 2% 0, 05% = molibdeno = 2%, tomado sólo o en combinación, el resto siendo hierro y elementos inherentes a la elaboración, caracterizado porque comprende: 2% = silicio = 10%, 1% = aluminio = 10%. y porque dicha chapa presenta además una micro- estructura constituida por una fase de ferrita primaria, y por una fase de ferrita secundaria, el tamaño medio de granos de dicha ferrita primaria siendo superior al tamaño medio de granos de dicha ferrita secundaria, dicha micro-estructura conteniendo igualmentefases carburadas.
Description
Chapa de acero laminada al calor de muy alta
resistencia y de baja densidad, y procedimiento de fabricación.
La invención concierne a una chapa de acero
laminada al calor, de muy alta resistencia y de baja densidad,
salida de un tren de laminación de banda, así como su procedimiento
de fabricación.
El aligeramiento de vehículos automóviles deviene
una necesidad por la imposición de disminuir las emisiones de
CO_{2} a 140 g/Km en el 2008. Este aligeramiento sólo puede ser
realizado aumentando el nivel de resistencia mecánica de los aceros
para compensar la disminución de espesor de las chapas. Es por lo
tanto necesario aumentar las características mecánicas reduciendo
los espesores de las chapas con las cuales son realizadas las piezas
utilizadas. Este proceder encuentra sus límites con la disminución
de la rigidez de las piezas y la aparición de vibraciones y de
ruidos redhibitorios en las aplicaciones previstas en el campo del
automóvil donde el ruido es un elemento de falta de
confort.
confort.
En el campo de los aceros planos laminados al
calor, cuyas características mecánicas son obtenidas por laminado
controlado sobre tren de banda larga, el nivel de resistencia más
elevado es obtenido con los aceros THR de estructura bainítica, que
permiten alcanzar un nivel de resistencia mecánica comprendido entre
800 MPa y 1000 MPa, pero su densidad es aquella de un acero
corriente, es decir una densidad de 7,8 g/cm^{3}.
Es posible además obtener un acero de más baja
densidad utilizando un elemento de adición tal como el aluminio,
acero en el que una adición de 8,5% de aluminio permite bajar la
densidad hasta 7 g/cm^{3}. Esta solución no permite alcanzar
niveles de resistencia mecánica superior a 480 MPa. La adición de
otros elementos de adición como el cromo, el vanadio y el niobio,
con contenidos que van respectivamente hasta 1%, 0,1%, 0,4%, no
permite sobrepasar en resistencia mecánica un nivel de 580 MPa. En
este proceder, la ganancia en densidad es anulada por la escasez de
características de resistencia mecánica obtenidas.
El objeto de la invención es proponer a los
utilizadores de chapas de acero laminadas al calor una chapa de
baja densidad y que comprenda niveles de resistencia comparables con
las chapas de acero de alta resistencia mecánica actualmente
utilizadas incluso de un nivel superior, y esto, a fin de acumular
las dos ventajas de baja densidad y de resistencia mecánica
elevada.
La invención tiene como primer objeto una chapa
de acero laminada al calor de muy alta resistencia y de baja
densidad, caracterizada porque su composición en % en peso
comprende:
- 0,04% \leq carbono \leq 0,5%
- 0,05% \leq manganeso \leq 3%
\vskip1.000000\baselineskip
pudiendo contener los elementos de
endurecimiento:
- 0,01% \leq niobio \leq 0,1%
- 0,01% \leq titanio \leq 0,2%
- 0,01% \leq vanadio \leq 0,2%, tomado sólo o en combinación, y/o los elementos que actúan sobre las temperaturas de transformación,
- 0,0005% \leq boro \leq 0,005%
- 0,05% \leq níquel \leq 2%
- 0,05% \leq cromo \leq 2%
- 0,05% \leq molibdeno \leq 2%, tomado sólo o en combinación, el resto siendo hierro y elementos inherentes a la elaboración, caracterizado porque comprende:
- 2% \leq silicio \leq 10%,
- 1% \leq aluminio \leq 10%.
y porque la chapa presenta una
micro-estructura constituida por una fase de ferrita
primaria, y por una fase de ferrita secundaria, el tamaño medio de
granos de dicha ferrita primaria siendo superior al tamaño medio de
granos de dicha ferrita secundaria, dicha
micro-estructura conteniendo igualmente fases
carburadas.
\newpage
En un modo de realización preferido de la
invención, el acero comprende en su composición, en % en peso:
- 0,04% \leq carbono \leq 0,3%
- 0,08% \leq manganeso \leq 3%
- 2% \leq silicio \leq 6%,
- 1% \leq aluminio \leq 10%.
En otro modo de realización preferido, la chapa
según la invención es tal que el contenido de silicio está
comprendido entre 3 y 6%, y el contenido de aluminio está
comprendido entre 1 y 2%.
En otro modo de realización preferido, la chapa
según la invención es tal que el contenido de silicio está
comprendido entre 2 y 3%, y el contenido de aluminio está
comprendido entre 7 y 10%.
En otro modo de realización preferido, los
contenidos de silicio y de aluminio de la chapa según la invención
son tales que:
%Si + %Al \geq
9
La chapa según la invención puede igualmente
presentar las características siguientes, solas o en
combinación:
- -
- la chapa presenta una fase de ferrita primaria obtenida durante el recalentamiento del acero efectuado previamente al laminado al calor, y una fase de ferrita secundaria obtenida a la salida del laminado al calor, así como fases carburadas,
- -
- la chapa comprende una fase de ferrita primaria cuyo tamaño medio de granos es superior a 5 \mum, y una fase de ferrita secundaria cuyo tamaño medio de granos es inferior a 2 \mum.
La invención tiene como segundo objeto un
procedimiento de fabricación de una chapa laminada al calor que
comprende las etapas que consisten en:
- -
- recalentar un lingote cuya composición es conforme a la invención, formando así un lingote cuya micro-estructura comprende una fase de ferrita primaria y una fase de austenita,
- -
- luego laminar al calor dicho lingote, la temperatura al final del laminado al calor siendo superior a la temperatura AR3 de la fase austenítica formada durante el recalentamiento, a fin de realizar un laminado en condiciones austeníticas, transformando de esta forma la fase austenítica en una fase de ferrita secundaria y fases carburadas.
La descripción que sigue hará comprender bien la
invención con referencia a las figuras anexas, que representan:
- en la figura 1: una curva que representa la
evolución de la densidad de un acero en función del contenido de
silicio, de aluminio y/o silicio más aluminio,
- en la figura 2: la
micro-estructura de un acero según la invención que
comprende 0,04% de carbono (colada I),
- en la figura 3: la
micro-estructura de un acero según la invención que
comprende 0,160% de carbono (colada J),
- en la figura 4: la
micro-estructura de un acero según la invención que
comprende 0,268% de carbono (colada K),
- en la figura 5: la
micro-estructura de un acero que comprende 0,505% de
carbono, mostrado a título de comparación (colada L).
El acero laminado al calor sobre tren de banda
según la invención presenta una resistencia mecánica elevada y una
baja densidad.
El acero de la composición general ponderal
siguiente:
- 0,04% \leq carbono \leq 0,5%
- 0,05% \leq manganeso \leq 3%
\newpage
pudiendo contener los elementos de
endurecimiento:
- 0,01% \leq niobio \leq 0,1%
- 0,01% \leq titanio \leq 0,2%
- 0,01% \leq vanadio \leq 0,2%, tomado sólo o en combinación, y/o los elementos que actúan sobre las temperaturas de transformación,
- 0,0005% \leq boro \leq 0,005%
- 0,05% \leq níquel \leq 2%
- 0,05% \leq cromo \leq 2%
- 0,05% \leq molibdeno \leq 2%,
\vskip1.000000\baselineskip
tomado sólo o en combinación, el resto siendo
hierro y elementos inherentes a la elaboración, comprende:
- 2% \leq silicio \leq 10%,
- 1% \leq aluminio \leq 10%.
El contenido de carbono de la chapa según la
invención está comprendido entre 0,04 y 0,5% en peso, de preferencia
entre 0,04 y 0,3% en peso. La evolución de la estructura del acero
en función del contenido de carbono es representada en las figuras
2 a 5 y muestra que la estructura del acero según la invención
(figuras 2 a 4) está constituida por ferrita primaria de granos
gruesos, y por una mezcla de fase carburadas y de ferrita
secundaria fina de granos más pequeños. Si el contenido de carbono
cae por debajo de 0,04%, la micro-estructura no
comprende fases carburadas y pierde características mecánicas. Por
el contrario, si el contenido de carbono sobrepasa 0,5% en peso, la
estructura deviene muy frágil, y se observa que la
micro-estructura no comprende ferrita primaria
(Figura 5).
Sin querer estar atado por una teoría, se piensa
que la obtención de esta micro-estructura original
es debida a la combinación de los contenidos de carbono, silicio y
aluminio. Esto permite alcanzar excelentes características
mecánicas. En efecto, el acero según la invención puede alcanzar
niveles de resistencia mecánica que van de 620 MPa a más de 1000
MPa y densidades en el orden de 7,55 y que descienden hasta 7
g/cm^{3} según los contenidos de silicio y de aluminio y de
elementos de adición, como lo muestra la figura 1.
Las características mecánicas pueden ser
reforzadas por la adición de un elemento de micro aleación como el
niobio, el titanio, el vanadio, los dos últimos, menos densos que el
hierro.
La chapa según la invención podrá ser fabricada
por cualquier procedimiento adaptado.
Sin embargo, se prefiere emplear el procedimiento
según la invención. Este procedimiento comprende primero un
recalentamiento del lingote a alta temperatura (de preferencia
superior a 900ºC), previamente al laminado al calor. Los presentes
inventores han descubierto que durante esta etapa de
recalentamiento, el lingote presenta una
micro-estructura compuesta por una fase ferrítica
llamada primaria que se forma a alta temperatura, y que coexiste
con una fase austenítica.
Laminando al calor de tal manera que la
temperatura al final del laminado se mantenga superior al valor de
AR3 calculado para la fase austenítica sola, se realiza un laminado
en condiciones austeníticas.
Se observa que la fase austenítica se transforma
entonces completamente en una mezcla de fase carburadas y de
ferrita secundaria, cuyo tamaño de granos medios es inferior a aquel
de la fase ferrítica primaria que subsiste.
Se seleccionará ventajosamente un par
carbono-manganeso a fin de tener una temperatura de
transformación AR3 tal que se pueda garantizar un laminado en
condiciones austeníticas.
La tabla 1 siguiente, que presenta diferentes
análisis según la invención, muestra la influencia de los diferentes
elementos sobre las características de los aceros.
\newpage
Las coladas A, C, F, H y L son dadas a título de
comparación, mientras que las coladas B, D, E, G, I, J y K son
según la invención.
| C% | Mn% | Si% | Al% | Rm (MPa) | Densidad | |
| A | 0,24 | 2,46 | 1,83 | < 0,1 | 1423 | 7,74 |
| B | 0,23 | 2,53 | 3,06 | 1,28 | 902 | 7,54 |
| C | 0,12 | 2,55 | 4,09 | < 0,1 | 1296 | 7,55 |
| D | 0,07 | 2,67 | 5,28 | 5 | 1400 | 7,14 |
| E | 0,068 | 1,29 | 3,23 | 1,423 | 750 | 7,52 |
| F | 0,079 | 1,21 | 1,44 | 3,25 | 587 | 7,44 |
| G | 0,042 | 1,37 | 3,27 | 1,43 | 760 | 7,51 |
| H | 0,204 | 2,62 | < 0,1 | 8,05 | 673 | 7,02 |
| I | 0,040 | 1,688 | 3,66 | 1,075 | 621 | 7,55 |
| J | 0,160 | 1,270 | 3,69 | 1,153 | 835 | 7,52 |
| K | 0,268 | 1,155 | 3,59 | 1,435 | 949 | 7,51 |
| L | 0,505 | 0,167 | 3,48 | 1,041 | 1134 | 7,54 |
Los datos ofrecidos, presentados en la tabla 1,
muestran que el aluminio sólo no permite obtener a la vez una baja
densidad del acero y un alto nivel de resistencia de dicho
acero.
En el ejemplo del acero referenciado E, la
temperatura de laminado es de 895ºC, y la temperatura de bobinado
de 600ºC, con una velocidad de enfriamiento de 49ºC/s, lo que da al
acero una resistencia mecánica de 750 MPa. La disminución de la
temperatura de bobinado permite aumentar el nivel de resistencia
mecánica.
En el caso del ejemplo del acero referenciado B,
cuya temperatura de bobinado es de 20ºC con una velocidad de
enfriamiento de 5ºC/s, lo que permite alcanzar un nivel de
resistencia mecánica de 902 MPa.
Si se aumenta la velocidad de enfriamiento para
un acero referenciado C realizado con un laminado a una temperatura
de 870ºC, un bobinado a una temperatura de 120ºC y una velocidad de
enfriamiento de 130ºC/s, se obtiene un acero con una resistencia
mecánica de 1296 MPa.
El nivel de resistencia mecánica puede también
ser ajustado por contenidos de carbono y manganeso y/o de otros
elementos de adición como los presentados aquí arriba. Ciertas
operaciones, como por ejemplo un re-laminado o un
tratamiento térmico tal como un recocido, pueden ser utilizados para
modificar o ajustar el nivel de las propiedades mecánicas.
Según la invención, el acero propuesto responde a
dos necesidades contradictorias del campo de los aceros laminados
al calor por una parte, propiedades mecánicas elevadas y por otra
parte, una baja densidad. Las soluciones existentes para realizar
aceros de muy altos niveles de resistencia mecánica están basadas en
la utilización de elementos de adición que no permiten una fuerte
variación de la densidad, y las soluciones existentes para realizar
aceros de baja densidad están basadas en la utilización de elementos
de adición que no permiten alcanzar un nivel alto de resistencia
mecánica.
El acero de la invención combina estas dos
propiedades, a saber, un alto nivel de resistencia mecánica y una
muy baja densidad para un aligeramiento de las piezas utilizadas en
el automóvil.
Claims (9)
1. Chapa de acero laminada al calor de muy alta
resistencia y de baja densidad, caracterizada porque su
composición en % en peso comprende:
- 0,04% \leq carbono \leq 0,5%
- 0,05% \leq manganeso \leq 3%
\vskip1.000000\baselineskip
y eventualmente los elementos de endurecimiento
siguientes:
- 0,01% \leq niobio \leq 0,1%
- 0,01% \leq titanio \leq 0,2%
- 0,01% \leq vanadio \leq 0,2%, tomado sólo o en combinación, y eventualmente los elementos que actúan sobre las temperaturas de transformación:
- 0,0005% \leq boro \leq 0,005%
- 0,05% \leq níquel \leq 2%
- 0,05% \leq cromo \leq 2%
- 0,05% \leq molibdeno \leq 2%, tomado sólo o en combinación, el resto siendo hierro y elementos inherentes a la elaboración, caracterizado porque comprende:
- 2% \leq silicio \leq 10%,
- 1% \leq aluminio \leq 10%.
y porque dicha chapa presenta además una
micro-estructura constituida por una fase de ferrita
primaria, y por una fase de ferrita secundaria, el tamaño medio de
granos de dicha ferrita primaria siendo superior al tamaño medio de
granos de dicha ferrita secundaria, dicha
micro-estructura conteniendo igualmente fases
carburadas.
2. Chapa según la reivindicación 1,
caracterizada además porque dicha composición comprende:
- 0,04% \leq carbono \leq 0,3%
- 0,08% \leq manganeso \leq 3%
- 2% \leq silicio \leq 6%
- 1% \leq aluminio \leq 10%.
3. Chapa según una de las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizada además porque el contenido de silicio está
comprendido entre 3 y 6%, y porque el contenido de aluminio está
comprendido entre 1 y 2%.
4. Chapa según una o la otra de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada además porque el
contenido de silicio está comprendido entre 2 y 3%, y porque el
contenido de aluminio está comprendido entre 7 y 10%.
5. Chapa según una cualquiera de las
reivindicaciones 1, 2 o 4, caracterizada además porque los
contenidos de silicio y de aluminio son tales que:
%Si + %Al \geq
9
6. Chapa según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada además porque dicha
fase de ferrita primaria es obtenida durante el recalentamiento del
acero efectuado previamente al laminado al calor, y dicha fase de
ferrita secundaria es obtenida a la salida del laminado al
calor.
7. Chapa según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque dicha fase de
ferrita primaria presenta un tamaño medio de granos superior a 5
\mum, y porque dicha fase de ferrita secundaria presenta un tamaño
medio de granos inferior a 2 \mum.
\newpage
8. Procedimiento de fabricación de una chapa
laminada al calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque comprende las etapas que consisten
en:
- -
- recalentar un lingote cuya composición es conforme a aquella de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, formando así un lingote cuya micro-estructura comprende una fase de ferrita primaria y una fase de austenita,
- -
- luego laminar al calor dicho lingote, la temperatura al final del laminado al calor siendo superior a la temperatura AR3 de la fase austenítica formada durante el recalentamiento, a fin de realizar un laminado en condiciones austeníticas, transformando de esta forma la fase austenítica en una fase de ferrita secundaria y fases carburadas.
9. Utilización de una chapa de acero laminada al
calor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 u obtenida
por el procedimiento según la reivindicación 8 para la fabricación
de vehículos automóviles.
Applications Claiming Priority (2)
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