ES2569190T3 - Articulo moldeado por estampación en caliente, método para producir el mismo, y lámina de acero fina para el moldeado por estampación en caliente - Google Patents

Articulo moldeado por estampación en caliente, método para producir el mismo, y lámina de acero fina para el moldeado por estampación en caliente Download PDF

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Abstract

Un producto estampado en caliente, que comprende una lámina de acero formada por un método de estampación en caliente, y que tienen una estructura metálica que contiene ferrita del 30 % al 80 % por área, ferrita bainítica en menos del 30 % por área no incluyendo el 0 % por área, martensita al 30 % por área o menos sin incluir 0 % por área y austenita retenida del 3 % al 20 % por área.

Description

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[Durante la formación, una velocidad de enfriamiento media de 20 ºC/s o más se mantiene en la herramienta de prensa, y la formación se termina a una temperatura no inferior a (la temperatura de inicio de transformación bainítica Bs -100 ºC)]
5 Para cambiar la austenita, que se ha formado en la etapa de calentamiento anterior, en una fracción prescrita de austenita retenida, mientras se evita la formación de cementita, la velocidad de enfriamiento media durante la formación y la temperatura de terminación de formación se deben controlar adecuadamente. Desde este punto de vista, la velocidad de enfriamiento media durante la formación se debe controlar para ser 20 ºC/s o más, y la temperatura de terminación de formación se debe controlar para ser una temperatura no superior a (la temperatura de inicio de transformación bainítica Bs -100 ºC, abreviada a veces como "B -100 ºC"). La velocidad de enfriamiento media durante la formación puede ser preferentemente 30 ºC/s o más (más preferentemente 40 ºC/s o más). Con respecto a la temperatura de terminación de formación, la formación se puede terminar, mientras se enfría a temperatura ambiente a una temperatura de enfriamiento media como se ha descrito anteriormente. Como alternativa, el enfriamiento se detiene después del enfriamiento a una temperatura no superior a B -100 ºC, y
15 después la formación se puede terminar. El control de la velocidad de enfriamiento media durante la formación se puede lograr por medio de, por ejemplo, (a) el control de la temperatura de una herramienta de prensa (utilizando un medio de enfriamiento que se muestra en la Figura 1 anterior) o (b) el control de la conductividad térmica de una herramienta de prensa (lo mismo se aplica al enfriamiento en el método descrito a continuación).
Como otro método para producir el producto estampado de la presente invención, cuando una lámina de acero se estampa con una herramienta de prensa, la lámina de acero fina se puede calentar a una temperatura no inferior al punto de transformación Acs y no superior a 1000 ºC, y después la lámina de acero fina se enfría a una temperatura no superior a 700 ºC y no inferior a 500 ºC hasta una temperatura de enfriamiento media de 10 ºC/s o más baja, y después la formación de la lámina de acero fina se puede iniciar, durante cuya formación una velocidad de
25 enfriamiento media de 20 ºC/s o más se puede mantener en la herramienta de prensa, y formación que se puede terminar a una temperatura no superior a (la temperatura de inicio de transformación bainítica Bs -100 ºC ). Las razones para la definición de los requisitos respectivos en este proceso son las siguientes (lo mismo que se ha descrito anteriormente aplica a la temperatura de terminación del enfriamiento):
[Calentar una lámina de acero fina a una temperatura no inferior al punto de transformación Ac3 y no superior a 1000 ºC]
Para ajustar correctamente la estructura de un producto estampado en caliente, la temperatura de calentamiento se debe controlar en un rango prescrito. El control adecuado de la temperatura de calentamiento hace que sea posible
35 causar la transformación en una estructura compuesta principalmente de ferrita asegurando al mismo tiempo una fracción prescrita de austenita retenida en la etapa de enfriamiento posterior para proporcionar el producto estampado en caliente final con una estructura deseada. Cuando la temperatura de calentamiento de la lámina de acero fina es inferior al punto de transformación Ac3, una fracción suficiente de austenita no se puede obtener durante el calentamiento, y por lo tanto, una fracción prescrita de austenita retenida no se puede asegurar en la estructura final (la estructura de un formado producto). Cuando la temperatura de calentamiento de la lámina de acero fina es superior a 1000 ºC, el tamaño de grano de austenita aumenta durante el calentamiento, y por lo tanto, la ferrita no se puede formar en el enfriamiento posterior.
[Enfriar a una temperatura no superior a 700 ºC y no inferior a 500 ºC a una velocidad de enfriamiento media de 45 10 ºC/s o más baja, e iniciar después la formación]
Esta etapa de enfriamiento es una etapa importante para la formación de ferrita durante el enfriamiento. Cuando la velocidad de enfriamiento media en esta etapa de enfriamiento se supera los 10 ºC/s, una fracción prescrita de ferrita no se puede asegurar. La velocidad de enfriamiento media puede ser preferentemente 7 ºC/s o más baja, más preferentemente de 5 ºC/s o menos. La temperatura de detención del enfriamiento de esta etapa de enfriamiento (esta temperatura se puede denominar, a veces, como la "temperatura de cambio de la velocidad de enfriamiento") se debe controlar para no superar 700 ºC y no ser inferior a 500 ºC. Cuando la temperatura de detención del enfriamiento supera los 700 ºC, una fracción suficiente de ferrita no se puede asegurar. Cuando la temperatura de detención del enfriamiento se hace inferior a 500 ºC, la fracción de ferrita se vuelve demasiado alta, y por lo tanto, la
55 resistencia prescrita no se puede asegurar. La temperatura de detención del enfriamiento puede ser preferentemente no superior a 680 ºC como el límite superior preferido (más preferentemente no superior a 660 ºC) y no inferior a 520 ºC como el límite inferior preferido (más preferentemente no inferior a 550 ºC).
En cualquiera de estos métodos, la temperatura de terminación de formación se debe controlar para no ser superior a (la Bs -100 ºC), pero preferentemente se puede controlar en un rango de temperatura no inferior a la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms (una temperatura en este rango puede a veces denominarse como la "temperatura de cambio de la temperatura de enfriamiento), en la que la retención del rango de temperatura se puede realizar preferentemente durante 10 segundos o más. La transformación bainítica puede proceder de austenita superenfriada para formar una estructura compuesta principalmente de ferrita por la retención en el rango 65 de temperatura anterior durante 10 segundos o más. El tiempo de retención puede ser preferentemente de 50 segundos o más (más preferentemente de 100 segundos o más). Cuando el tiempo de retención se hace muy largo,
7
la austenita comienza a descomponerse, de modo que la fracción de austenita retenida no se puede asegurar. Por lo tanto, el tiempo de retención puede ser preferentemente de 1000 segundos o más corto (más preferentemente de 800 segundos o más corto).
5 La retención como se ha descrito anteriormente puede ser cualquier retención isotérmica, enfriamiento monótono, y la etapa de recalentamiento, siempre que se encuentra en el rango de temperatura anterior. Con respecto a una relación entre dicha retención y la formación, la retención como se ha descrito anteriormente se puede añadir en la etapa en que se termina la formación. Como alternativa, una etapa de retención se puede añadir dentro del rango de temperatura anterior durante la terminación de la formación. Después de que la formación se termina de tal manera, la lámina de acero se puede dejar como está para su enfriamiento o enfriarse a una velocidad de enfriamiento adecuada hasta la temperatura ambiente (25 ºC).
El proceso para producir el producto estampado en caliente de la presente invención se puede aplicar, no solo en el caso en que un producto estampado en caliente que tiene una forma simple como se muestra en la Figura 1 anterior
15 se produce (es decir, método directo), sino también en el caso en que se produce un producto formado que tiene una forma relativamente complicada, incluso si se adopta cualquiera de los métodos descritos anteriormente. Sin embargo, en el caso de una forma de producto complicado, puede ser difícil proporcionar un producto con la forma final en una etapa de estampación única. En tal caso, se puede utilizar un método de estampación en frío en una etapa antes de la estampación en caliente (este método se ha denominado "método indirecto"). Este método incluye conformar previamente una porción difícil de formar en una forma aproximada mediante el procesamiento en frío y estampar después en caliente las otras porciones. Cuando se utiliza un método de este tipo para producir, por ejemplo, un producto formado que tiene tres proyecciones (picos de perfil) mediante la formación, dos proyecciones se forman mediante estampación en frío y la tercera proyección se forma después mediante estampación en caliente.
25 La presente invención está destinada a un producto estampado en caliente fabricado a partir de una lámina de acero de resistencia alta, cuyo grado de acero es aceptable, si tiene una composición de elementos químicos ordinarios como una lámina de acero de resistencia alta, en la que no obstante, los contenidos de C, Si, Mn, P, S, Al y N se pueden controlar preferentemente en sus respectivos rangos adecuados. Desde este punto de vista, los rangos preferidos de estos elementos químicos y los motivos para limitar sus rangos son los siguientes:
[C del 0,1 % al 0,3 %]
C es un elemento importante para asegurar la austenita retenida. La concentración dela austenita durante el
35 calentamiento a una temperatura dentro de la región bifásica o a una temperatura dentro de la región monofásica, que no es inferior al de transformación Ac3, permite la formación de austenita retenida después del temple. Contribuye además a un aumento de la fracción de martensita. Cuando el contenido de C es menor que el 0,1 %, una fracción prescrita de austenita retenida no se puede asegurar, por lo que es imposible obtener una excelente ductilidad. Cuando el contenido de C se hace superior al 0,3 %, el resultado es que la resistencia es demasiado alta. El contenido de C puede, más preferentemente, ser no inferior al 0,15 % como el límite inferior más preferido (aún más preferentemente no inferior al 0,20 %) y no superior al 0,27 % como el límite superior más preferido (aún más preferentemente no superior al 0,25 %).
[Si del 0,5 % al 3 %]
45 Si suprime la austenita después de calentarse a una temperatura dentro de la región bifásica o a una temperatura dentro de la región monofásica, que no es inferior al punto de transformación Ac3, de formarse en cementita, y exhibe la acción de aumento de la fracción de austenita retenida. Además, exhibe la acción de aumentar la resistencia mediante el aumento de la solución sólida sin deteriorar demasiado la ductilidad. Cuando el contenido de Si es inferior al 0,5 %, la austenita retenida no se puede asegurar en una fracción prescrita, por lo que es imposible obtener una excelente ductilidad. Cuando el contenido de Si supera el 3 %, el grado de aumento de la solución sólida se vuelve demasiado alto, lo que da como resultado el deterioro drástico de la ductilidad. El contenido de Si puede más preferentemente ser no inferior al 1,15 % como el límite inferior más preferido (aún más preferentemente no inferior al 1,20 %) y no superior al 2,7 % como el límite superior más preferido (aún más preferentemente no
55 superior al 2,5 %).
[MN del 0,5 % al 2 %]
Mn es un elemento para estabilizar la austenita y contribuye a un aumento de la austenita retenida. Para hacer tal efecto exhibido, Mn puede estar preferentemente contenido un 0,5 % o más. Sin embargo, cuando el contenido de Mn se vuelve excesivo, se evita la formación de ferrita, lo que hace imposible asegurar una fracción prescrita de ferrita, y por lo tanto, el contenido de Mn puede ser preferentemente el 2 % o menos. Además, una mejora considerable de la resistencia de austenita aumenta una carga de laminación en caliente, por lo que hace difícil producir láminas de acero, y por lo tanto, incluso desde el punto de vista de la productividad, no es preferible que el
65 Mn tenga un contenido de más del 2 %. El contenido de Mn puede más preferentemente ser no inferior al 0,7 % como el límite inferior más preferido (aún más preferentemente no inferior al 0,9 %) y no superior al 1,8 % como el
8
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imagen7
imagen8
imagen9
imagen10
imagen11
[Tabla 3]
Prueba n.º
Grado de acero Estructura del producto formado (% por área) resistencia a la tracción TS (MPa) Elongación EL (%)
Ferrita
Ferrita bainítica martensita austenita retenida Otros*
1
A 41 25 26 8 994 17
2
B 43 29 22 6 1020 16
3
C 48 23 21 8 994 17
4
re 49 23 21 7 1002 17
5
y 49 24 20 7 1023 17
6
F 48 24 21 7 1031 17
7
G 44 25 23 8 1028 17
8
H 46 25 22 7 1011 17
9
I 45 24 23 8 1019 17
10
J 48 24 22 6 1018 17
11
K 49 26 24 1 1022 12
12
L 51 25 22 2 1302 14
13
M 36 28 28 8 1095 16
14
N 45 27 28 0 989 13
15
C 48 24 20 8 1023 17
16
C 25 45 25 5 1082 13
17
C 81 - 15 - : 4 745 14
18
C - - 95 5 1523 10
19
C 65 8 20 7 984 17
20
C 62 9 22 7 999 17
21
C 43 26 22 9 1032 18
22
C 12 61 20 7 1233 12
23
C 83 17 - - 921 14
24
C 56 20 - - P: 24 893 14
25
C 47 23 23 8 994 17
*  y P indican cementita y perlita, respectivamente.
A partir de estos resultados, las descripciones se pueden hacer como sigue: Pruebas n.º 1 a 10, 13, 15, 19 a 21, y 25 son ejemplos que cumplen los requisitos definidos en la presente invención, indicando de este modo que aquellas 5 partes que tienen equilibrio satisfactorio entre resistencia y ductilidad se obtuvieron.
En contraste, las Pruebas n.º 11 a 12, 14, 16 a 18, y 22 a 24 son ejemplos comparativos que no cumplan ninguno de los requisitos definidos en la presente invención, deteriorando de este modo cualquiera de las características. Más específicamente, la Prueba n.º 11 fue el caso en que se utilizó el acero con un contenido de C insuficiente (grado de
10 acero K mostrado en la Tabla 1), de modo que austenita retenida no estaba asegurada, obteniendo de este modo solamente baja elongación (EL). La Prueba n.º 12 fue el caso en que el acero tenía insuficiente contenido de Si (grado de acero L mostrado en la Tabla 1), de modo que la austenita retenida no estaba asegurada, obteniendo de este modo solamente baja elongación (EL).
15 La Prueba n.º 14 estaba destinada para el acero equivalente 2MnB5 convencional (grado de acero N mostrado en la Tabla 1), de manera que la austenita retenida no estaba asegurada, obteniendo de esta manera solamente baja elongación (EL), aunque se obtuvo una resistencia alta. La Prueba n.º 16 fue el caso en que se utilizó la lámina de acero laminada en frío con una baja reducción, de modo que el producto formado tenía una estructura que contenía ferrita al 25 % por área, lo que redujo la elongación (EL). La Prueba n.º 17 fue el caso donde la temperatura de
20 calentamiento fue inferior al punto de transformación Ac1, de modo que el producto formado tenía una estructura que contenía ferrita al 81 % por área (el resto era martensita y cementita) y la austenita retenida no estaba asegurada, por lo tanto se redujo la elongación (EL) y resistencia a la tracción. La Prueba n.º 18 fue el caso donde la temperatura de calentamiento era superior a un valor, de manera que la ferrita y la ferrita bainítica no se aseguraron por la formación excesiva de martensita, lo que redujo la elongación (EL).
25 La Prueba n.º 22 fue el caso en que la velocidad de enfriamiento media en el enfriamiento 1 fue alta, de modo que la ferrita no estaba asegurada por la formación de ferrita bainítica, lo que redujo la elongación (EL). La prueba n.º 23 fue el caso en que la velocidad de enfriamiento media en el enfriamiento 1 era baja y la temperatura de cambio de la velocidad de enfriamiento fue baja, de modo que el producto formado tenía una estructura que contenía ferrita al 83
30 % por área (el resto era de ferrita bainítica) y la austenita retenida no estaba asegurada, lo que redujo la elongación (EL). La Prueba n.º 24 fue el caso donde la temperatura de terminación de formación fue alta, de manera que se formó perlita en la estructura del producto formado y la austenita retenida no estaba asegurada, por lo tanto se redujo la elongación (EL).
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