ES2577077T3

ES2577077T3 - Método para producir un elemento de acero moldeado por presión en caliente

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Publication number: ES2577077T3
Application number: ES12814192.6T
Authority: ES
Inventors: Tatsuya Asai; Naoki MIZUTA; Takayuki Yamano; Jiro Iwaya; Noriyuki JIMBO
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2016-07-12
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: EP2735620A4; JP5174269B1; EP2735620B1; KR20160072271A; CN103687968B; KR20140025588A; US20140144560A1; CN103687968A; US20220250131A1; EP2995691B1; US11344941B2; WO2013012006A1; ES2641584T3; JP2013174004A; KR101682868B1; EP2995691A1; CN105734404B; CN105734404A; EP2735620A1

Abstract

Un método para fabricar un elemento de acero conformado por presión en caliente, fabricándose el elemento de acero mediante calentamiento de una hoja de acero que tiene una composición química que consiste en C: de 0,10 a 0,30 % (en porcentaje en masa, lo mismo se aplica al resto de componentes químicos), Si: de 1,0 a 2,5 %, Si+Al: de 1,0 a 3,0 % en total, y Mn: de 1,5 a 3,0 %, opcionalmente 1 % o menos de Cr (sin incluir el 0 %), opcionalmente 0,10 % o menos de Ti (sin incluir el 0 %), opcionalmente 0,005 % o menos de B (sin incluir el 0 %), opcionalmente 0,5 % o menos de Ni y/o Cu (sin incluir el 0 %), opcionalmente 1 % o menos de Mo (sin incluir el 0 %), opcionalmente 0,05 % o menos de Nb (sin incluir el 0 %), y consistiendo el resto en hierro y las inevitables impurezas, y mediante una o más etapas de conformación por presión en caliente de la hoja de acero, donde la temperatura de calentamiento es un punto de transformación Ac3 o mayor, la temperatura de inicio de la conformación por presión en caliente es la temperatura de calentamiento o inferior y un punto Ms o superior, una velocidad de enfriamiento promedio desde la temperatura de calentamiento hasta (punto Ms - 150) ºC de 2 ºC/s o superior; una velocidad de enfriamiento promedio desde (punto Ms - 150) ºC hasta 40 ºC es 5 ºC/s o inferior; y donde la temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente final es el punto Ms o inferior y el (punto Ms - 150) ºC o superior.

Description

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se muestra en las Figs. 7(a) a 7(c), la perforación (punción) y el reperfilado periférico (cizalladura) se llevan a cabo en la segunda etapa o posterior. En consecuencia, aunque la perforación y el reperfilado se realicen mediante procesamiento con láser, etc. en diferentes etapas de la conformación tradicional, con mantenimiento en un punto muerto inferior (conformación en una etapa), la perforación y el reperfilado se pueden realizar mediante

5 conformación por presión, lo que ocasiona una reducción de costes. Además, como se muestra en la Fig. 7(d), el reperfilado periférico y la perforación (punción) se pueden llevar a cabo mediante trabajo en caliente antes de la conformación.

Tal como se ha descrito anteriormente, aunque la temperatura de inicio de la conformación por presión en caliente debe ser la temperatura de calentamiento o inferior y el punto Ms o superior, la temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente (temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente final, en el caso de una conformación por presión en caliente, simplemente denominada como "temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente") es el punto Ms o inferior y (punto Ms -150) ºC o superior.

15 A la vista de facilitar el trabajado y una carga de conformación pequeña del trabajo en prensa, la temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente final suele ser por lo general el punto Ms o superior. A la vista de la mejora en la precisión dimensional, la temperatura de acabado de la presente invención es el punto Ms o inferior y (punto Ms -150) ºC o superior. La conformación en prensa se realiza en una región de temperatura tal (en el momento en que se produce la transformación de martensita), por lo que la precisión dimensional mejora notablemente. En particular, la conformación por presión en caliente se lleva a cabo una pluralidad de veces, y la conformación en prensa para una limitación de la herramienta (sin embargo, el mantenimiento en un punto muerto inferior no es obligatoria) se lleva a cabo como una conformación por presión en caliente final en el momento donde se produce la transformación de martensita, por lo que la precisión dimensional mejora notablemente.

25 Una realización de la conformación por presión en caliente incluye los siguientes modos.

(I) Conformación por presión en caliente: una sola etapa. (I-1) Temperatura de inicio de la conformación por presión en caliente: temperatura de calentamiento o inferior y punto Ms o superior, y temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente: punto Ms o superior. (I-2) Temperatura de inicio de la conformación por presión en caliente: temperatura de calentamiento o inferior y punto Ms o superior, y temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente: punto Ms o inferior y (punto Ms -150) ºC o superior.

35 (II) Conformación por presión en caliente: varias etapas. (II-1) Temperatura de inicio de la primera conformación por presión en caliente: temperatura de calentamiento

: o inferior y punto Ms o superior, y temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente final: punto Ms o superior. (II-2) Temperatura de inicio de la primera conformación por presión en caliente: temperatura de calentamiento

: o inferior y punto Ms o superior, y temperatura de acabado de la conformación por presión en caliente final: punto Ms o inferior y (punto Ms -150) ºC o superior.

De acuerdo con la presente invención, un material se enfría desde la temperatura de calentamiento hasta (punto Ms -150) ºC a una velocidad de enfriamiento promedio de 2 ºC/s o superior (preferentemente, 5 ºC/s o superior). A una

45 velocidad de enfriamiento de ese tipo, la martensita se puede formar en el punto Ms o inferior tal como se describe a continuación, mientras que la ferrita, la bainita, y similares, prácticamente no se forman y, en consecuencia, se puede producir fácilmente un elemento que tenga una resistencia de 1100 MPa o superior.

Por ejemplo, la velocidad de enfriamiento se puede controlar mediante una combinación adecuada de tiempo desde la extracción del material de un horno hasta el inicio de la conformación en prensa (una velocidad de enfriamiento durante el transporte, etc.), el tiempo con una herramienta de conformación en prensa (tiempo de contacto por conformación x número de etapas) durante la conformación por presión en caliente, en el caso de varias etapas de conformación en prensa, una condición de enfriamiento entre operaciones de conformación (enfriamiento natural, enfriamiento forzado con aire, etc.), y una condición de enfriamiento tras el acabado de la conformación en prensa

55 (tras la liberación de la herramienta) (enfriamiento natural, enfriamiento forzado con aire, etc.). En particular, en el caso en que se puede aumentar la velocidad de enfriamiento a (punto Ms -150) ºC o superior, el tiempo de contacto con la herramienta de conformación en prensa se prolonga efectivamente. Dichas condiciones de enfriamiento se pueden estimar previamente mediante simulación, etc.

En el caso en que una composición química de un acero tenga un contenido en Mn inferior al 2,0 %, la velocidad de enfriamiento desde la temperatura de calentamiento hasta el punto Ms es, preferentemente, 10 ºC/s para garantizar una resistencia elevada.

[Velocidad de enfriamiento promedio desde (Punto Point -150) ºC hasta 40 ºC: 5 ºC/s o menos]

65 La estampación en caliente tradicional está principalmente destinada a lograr una elevada resistencia. En dicha

estampación en caliente, se recomienda por tanto que la velocidad de enfriamiento después de la conformación por presión en caliente se aumente al máximo posible, pero esto no se considera algo importante para garantizar la ductilidad.

5 Por el contrario, en la presente invención, la velocidad de enfriamiento promedio desde (punto Ms -150) ºC hasta 40 ºC se especifica de forma importante para que sea 5 ºC/s o inferior. En la presente invención, en la condición en que se usa una hoja de acero con un elevado contenido en Si, aunque se precipita la martensita para garantizar la resistencia del elemento, la velocidad de enfriamiento tras la conformación se disminuye intencionadamente, de esta forma, se puede garantizar una determinada cantidad o más de fase γ retenida en la microestructura del elemento de acero resultante y, en consecuencia, se pueden conseguir las propiedades deseadas (ductilidad excelente, resistencia a la fractura retrasada excelente, y resistencia frente a los choques excelente).

En la presente invención, el elemento de acero no se mantiene durante un periodo prolongado en un punto muerto inferior a diferencia de la estampación en caliente tradicional para conseguir la velocidad de enfriamiento promedio

15 anteriormente descrita. De esta forma, el elemento de acero no se mantiene durante un periodo de tiempo prolongado en el punto muerto inferior. Como resultado, también se acorta el tiempo necesario para una sola conformación por presión en caliente y, de esta forma, también se acorta el tiempo necesario para fabricar un componente, llevando a un aumento en la productividad.

La velocidad de enfriamiento promedio es, preferentemente, de 3 ºC/s o inferior, y más preferentemente de 2 ºC/s o inferior. El límite inferior de la velocidad de enfriamiento promedio es aproximadamente 0,1 ºC/s a la vista de la productividad, etc.

La velocidad de enfriamiento promedio se puede conseguir liberando el elemento de acero desde una herramienta

25 tras la conformación por presión en caliente, y dejar que el elemento de acero se enfríe mediante enfriamiento natural, enfriamiento forzado con aire, o similares. Como alternativa, el elemento de acero se puede mantener en un calentador durante un determinado periodo de tiempo seguido por enfriamiento natural, enfriamiento forzado con aire, o similares, según sea necesario.

Tal como se ha descrito anteriormente, cuando un elemento de acero se enfría lentamente en un intervalo de temperatura del punto Ms o inferior, el elemento se templa a junto con la formación de martensita; de esta forma, la resistencia del elemento se reduce fácilmente. En la presente invención, una hoja de acero que contiene una determinada cantidad o más de Si se utiliza para evitar dicho templado.

35 La temperatura de enfriamiento de acabado en el intervalo anteriormente descrito de la velocidad de enfriamiento puede ser 40 ºC. Como alternativa, el elemento de acero se puede enfriar lentamente hasta un intervalo de temperatura baja inferior, o la temperatura ambiente, a una velocidad de enfriamiento promedio de 5 ºC/s o inferior.

En un Ejemplo de PTL3, se preparan hojas de acero de diferentes composiciones y "se enfrían hasta el punto Ms o inferior a una velocidad de enfriamiento determinada". Sin embargo, por ejemplo, como en el acero de tipo E de la tabla 6 de PTL3, cuando se utiliza una hoja de acero que tiene un bajo contenido en Si, es posible que no se muestre una resistencia elevada como en la Tabla 7, salvo por el rápido enfriamiento de la hoja de acero a una región de baja temperatura considerablemente inferior al punto Ms. Esto es, en el Ejemplo 6 de PTL3, una hoja de acero que no tiene ninguna de las composiciones "se enfrían hasta el punto Ms o inferior a una velocidad de

45 enfriamiento determinada", y de esta forma se produce un miembro de elevada resistencia. Sin embargo, la hoja de acero se enfría rápidamente hasta una región de baja temperatura considerablemente inferior al punto Ms y, por tanto, la velocidad de enfriamiento promedio desde el (punto Ms -150) ºC hasta 40 ºC es posiblemente diferente de 5 ºC/s o inferior, a diferencia de la presente invención. Adicionalmente, en PTL3, la hoja de acero se enfría rápidamente a la región de baja temperatura como se ha descrito anteriormente. Como resultado, no se garantiza posiblemente lo suficientemente la retención de la fase γ.

En el caso de un espesor importante, o en el caso en que una pared vertical de una forma diana del elemento de acero tiene un ángulo de inclinación θ grande como se ilustra en la Fig. 8, es posible que la temperatura de acabado de la conformación final no se pueda disminuir hasta el punto Ms o inferior sin mantener un punto muerto inferior

55 incluso si aumenta el número de veces de conformación en prensa. En este caso, se utiliza una estructura como la que se ilustrada en la Fig. 9, por lo que el tiempo de contacto de un lingote (material) con la herramienta aumenta sin mantenerlo en un punto muerto inferior, permitiendo de esta manera que la temperatura de acabado de la conformación final se controle hasta el punto Ms o inferior.

La estructura de la herramienta en la Fig. 9 es describe ahora junto con la Fig. 10(II). La Fig. 10(I) ilustra un ciclo de conformación con una herramienta tradicional (que no incluye un cuerpo elástico), y la Fig. 10(II) ilustra un ciclo de conformación con la herramienta (que incluye un cuerpo elástico)) de la Fig. 9.

En la estructura de la herramienta de la Fig. 9, las herramientas superior e inferior de la herramienta concuerdan

65 entre sí, y a continuación el tiempo de contacto entre el lingote (material) y la herramienta se controla (se realiza un pseudomantenimiento en un punto muerto inferior) usando un golpe de deformación de un cuerpo elástico tal como

un cojín de gas, un resorte, y uretano dispuestos en la parte superior de la herramienta. En consecuencia, la temperatura de acabado de la conformación se puede controlar hasta el punto Ms o inferior.

En detalle, como se muestra en la Fig. 10(II), el contacto entre la herramienta y el lingote (material) se inicia en el

5 punto (a), y la conformación se realiza en un periodo desde el punto (a) hasta el punto (d) (en este periodo, aunque la almohadilla de la Fig. 9 se contrae, el cuerpo elástico no se deforma (no se expande ni contrae) (un estado de la Fig. 9(A)). En el punto (d), la almohadilla de la Fig. 9 se contrae por completo, y la deformación (contracción) del cuerpo elástico comienza (un estado de la Fig. 9(B)). En un periodo desde el punto (d) hasta el punto (b), se produce la deformación (contracción) del cuerpo elástico. En el punto (b), el cuerpo elástico se contrae por completo (un estado de la Fig. 9(C)). Posteriormente, en un periodo desde el punto (b) hasta el punto (e), solo se expande el cuerpo elástico, mientras que el estado de contacto entre la herramienta y el lingote (material) se mantiene. En el punto (e), el cuerpo elástico vuelve a su estado original (es decir, en un estado completamente expandido), y comienza la liberación de la herramienta. En un periodo desde el punto (e) hasta el punto (c), la herramienta se libera (durante lo cual, la almohadilla de la Fig. 9 se expande, pero el cuerpo elástico no se deforma). La liberación

15 de la herramienta se ha completado en el punto (c).

Aunque el cuerpo elástico se proporciona en la parte superior de la herramienta, el cuerpo elástico se puede proporcionar en una parte inferior de la misma. Aunque la deformación del cuerpo elástico comienza deseablemente después de que las herramientas inferior y superior de la herramienta coincidan entre sí, incluso si la deformación del cuerpo elástico comienza antes de dicha coincidencia, la temperatura de acabado de la conformación se puede controlar. Adicionalmente, esta estructura de herramienta se puede usar solamente en una etapa concreta de la conformación multietapa.

[Hoja de acero (lingote) a usar para la conformación por presión en caliente]

25 Se describe ahora la hoja de acero a utilizar en la conformación por presión en caliente. En primer lugar, una composición química del lingote utilizado en el método de fabricación anteriormente descrito es como sigue. (Composición química del lingote) [C: de 0,10 a 0,30 %]

La resistencia de un elemento de acero viene determinada principalmente por el contenido en C. En la presente invención, el contenido en C debe ser un 0,10 % o más para conseguir una elevada resistencia con el método de fabricación. El contenido de C es preferentemente 0,15 % o más, y más preferiblemente 0,17 % o más. A la vista de garantizar la resistencia anteriormente descrita, el límite superior del contenido de C no está limitada. Sin embargo, en consideración a las características (tales como soldabilidad y tenacidad) que no son la resistencia del elemento

35 resultante, el límite superior del contenido de C es de 0,30 % o inferior. El límite superior es, preferentemente, 0,25 % o menos.

[Si: 1,0 a 2,5 %]

[Si+Al: de 1,0 a 3,0 % en total]

En la presente invención, al menos 1,0 % del Si se incluye para evitar el templado y garantizar la retención de la fase γ durante el enfriamiento lento de un proceso de fabricación. El contenido de Si es preferentemente 1,1 % o más, y más preferiblemente 1,5 % o más. Un contenido de Si demasiado alto da como resultado la degradación de la

45 tenacidad, etc. o la formación de una capa interna de óxido debido al Si durante el calentamiento del lingote, lo que ocasiona la degradación de la soldabilidad y el comportamiento del tratamiento de conversión del elemento. De este modo, el contenido de Si es 2,5 % o menos. El contenido de Si es preferentemente 2,0 % o menos, y más preferiblemente 1,8 % o menos.

El Al es un elemento que contribuye a la formación de la fase γ retenida como Si. A la vista de esto, en la presente invención, el Si y el Al se incluyen a 1,0 % o más (preferentemente 1,50 % o más) en total. Sin embargo, si la cantidad de cada uno de estos elementos es excesiva, el efecto se satura. De este modo, Si+Al es 3,0 % o menos, y preferentemente 2,5 % o menos en total.

55 [Mn: 1,5 a 3,0 %]

El Mn es un elemento útil para mejorar el endurecimiento de una hoja de acero y para reducir las variaciones en la dureza del acero tras la conformación. El Mn se debe incluir en 1,5 % o más para que tenga dichos efectos. El contenido de Mn es preferentemente 1,8 % o más. Sin embargo, un contenido de Mn superior al 3,0 % da como resultado una saturación de los efectos, y ocasiona un aumento en el coste. El contenido de Mn es preferentemente 2,8 % o menos.

La composición del acero de la presente invención es como se ha descrito anteriormente., y el resto del mismo consiste y hierro y las inevitables impurezas (por ejemplo, P, S, N, O, As, Sb, y Sn). En las impurezas inevitables, P 65 y S se disminuyen, cada uno de ellos, hasta el 0,02 % o menos a la vista de garantizar la soldabilidad, etc. Si el contenido de N es excesivo, aparece la degradación en la tenacidad tras la conformación en caliente o la

degradación en la soldabilidad; de este modo, el contenido de N se controla para que sea un 0,01 % o menos. Adicionalmente, O produce defectos superficiales; de este modo, el contenido de O se controla para que sea un 0,001 % o menos.

5 Los siguientes elementos se pueden contener como elementos adicionales en un intervalo sin perturbar los efectos ventajosos de la presente invención.

[Cr: 1 % o menos (sin incluir el 0 %)]

Cr es un elemento útil para mejorar el endurecimiento de una hoja de acero. Al incluir este elemento, teóricamente se pueden reducir las variaciones en la dureza del artículo conformado. El Cr se incluye preferentemente en un 0,01 % o más para que muestre dicho efecto. Más preferentemente, el Cr se incluye en un 0,1 % o más. Sin embargo, un contenido de Cr demasiado elevado da como resultado una saturación de dicho efecto, y ocasiona un aumento en el coste. De este modo, el límite superior del contenido de Cr es, preferentemente, el 1 %.

15 [Ti: 0,10 % o menos (sin incluir el 0 %)]

Ti es un elemento que fija el N y garantiza el efecto desactivador del B. Además, el Ti también presenta el efecto de refinar la microestructura, lo que facilita ventajosamente la formación de la fase γ retenida durante el enfriamiento en un intervalo de temperatura de (punto Ms -150) ºC o inferior. El Ti se incluye preferentemente en un 0,02 % o más para que muestre dichos efectos. Más preferentemente, el Ti se incluye en un 0,03 % o más. Sin embargo, un contenido de Ti demasiado elevado puede dar como resultado un aumento excesivo en la resistencia del lingote y, por tanto, es menos probable que el lingote se corte a una forma predeterminada antes de la conformación por presión en caliente. De este modo, el contenido de Ti es preferentemente 0,10 % o menos. Más preferentemente, el

25 contenido de Ti es 0,07 % o menos.

[B: 0,005 % o menos (sin incluir el 0 %)]

El B es un elemento que mejora el endurecimiento de una hoja de acero. El B se incluye preferentemente en un 0,0003 % o más para que muestre dicho efecto. Más preferentemente, el B se incluye en un 0,0015 % o más, y adicionalmente preferiblemente un 0,0020 % o más. Sin embargo, un contenido de B demasiado elevado da como resultado la precipitación de nitruro de hierro grueso en el artículo conformado, y de esta forma se degrada fácilmente la tenacidad del artículo formado. En consecuencia, el contenido de B se controla para que sea un 0,005 % o menos, más preferiblemente 0,0040 % o menos, y adicionalmente preferiblemente un 0,0035 % o menos.

35 [Ni y/o Cu: 0,5 % o menos en total (sin incluir el 0 %)],

cada uno de Ni y Cu es un elemento útil para mejorar la resistencia a la corrosión y una mejora adicional en la resistencia de fractura de un artículo formado. Ni t Cu se incluyen preferentemente en un 0,01 % o más en total para que muestren dichos efectos. Ni t Cu se incluyen más preferentemente en un 0,1 % o más en total. Sin embargo, un contenido de Ni y Cu demasiado elevado ocasiona la aparición de defectos superficiales durante la fabricación de una hoja de acero. De este modo, el contenido total de Ni y Cu es, preferentemente, 0,5 % o menos. Más preferentemente, el contenido total de Ni y Cu es 0,3 % o menos.

45 [Mo: 1 % o menos (sin incluir el 0 %)]

El Mo es un elemento útil para mejorar el endurecimiento de una hoja de acero. Al incluir este elemento, teóricamente se pueden reducir las variaciones en la dureza del artículo conformado. El Mo se incluye preferentemente en un 0,01 % o más para que muestre dicho efecto. Más preferentemente, el Mo se incluye en un 0,1 % o más. Sin embargo, un contenido de Mo demasiado elevado da como resultado una saturación de dicho efecto, y ocasiona un aumento en el coste. De este modo, el límite superior del contenido de Mo es, preferentemente, el 1 %.

[Nb: 0,05 % o menos (sin incluir el 0 %)]

55 El Nb presenta el efecto de refinar la microestructura, lo que facilita ventajosamente la formación de la fase γ retenida durante el enfriamiento en un intervalo de temperatura de (punto Ms -150) ºC o inferior. El Nb se incluye preferentemente en un 0,005 % o más para que muestre dicho efecto. Más preferentemente, el Nb se incluye en un 0,01 % o más. Un contenido de Nb demasiado elevado da como resultado una saturación de dicho efecto, y ocasiona un aumento en el coste. De este modo, el límite superior del contenido de Nb es, preferentemente, el 0,05 %. (Método para fabricar el lingote)

El lingote de acuerdo con la composición anteriormente descrita se puede fabricar mediante cualquiera de los métodos típicos sin limitación, incluyendo el método la colada continua, calentamiento, laminación en caliente,

65 decapado, y laminación en frío, e incluye en caso necesario el recocido. Otra hoja de acero útil incluye una hoja de acero revestido (tal como una hoja de acero galvanizado) correspondiente al acero laminado en caliente o laminado

en frío resultante que se somete adicionalmente a revestimiento (tal como un revestimiento que contiene cinc), y una hoja de acero galvanorecocida por inmersión en caliente, etc. producida mediante aleación de la capa revestida.

[Elemento de acero conformado por presión en caliente]

5 El elemento de acero conformado por presión en caliente producido según el método de la presente invención tiene la misma composición química que la del lingote utilizado, y tiene una microestructura de acero que contiene austenita retenida (fase γ retenida) en un 2 % en vol. o más de la microestructura entera. El elemento de acero producido según el método de fabricación de la presente invención contiene un 2 % en vol. o más de la fase γ retenida y es, por lo tanto, excelente en lo que respecta a su ductilidad en el alargamiento a tracción, resistencia frente a los choques, y resistencia a la fractura retrasada. La cantidad de la fase γ retenida es, preferentemente, un 3 % en vol. o superior, y más preferentemente un 5 % en vol. o superior.

En la microestructura de acero del elemento de acero, el resto además de la fase γ retenida consiste

15 sustancialmente en fases de transformación a baja temperatura (tales como martensita, martensita templada, la bainita, y la ferrita bainítica). El término "sustancialmente" significa que una microestructura de transformación tal como la ferrita formada en el punto Ms o superior puede estar incluida como una microestructura formada inevitablemente formados durante el proceso de fabricación.

El elemento de acero resultante se puede someter a cortes tales como reperfilado y perforación, de tal forma que, por ejemplo, se puede producir un componente de acero para automoción. En la presente invención, como se ha descrito anteriormente, el elemento de acero resultante tiene una excelente resistencia a la fractura retrasada; de este modo, incluso si el miembro de acero se somete a este tipo de trabajo, es posible que la fractura retardación no se produzca en la parte trabajada.

25 El elemento de acero se puede utilizar como el componente de acero para automoción directamente o después de haberse sometido al trabajo anteriormente descrito, incluyendo el componente de acero para automoción, por ejemplo, una barra de impacto, un parachoques, un refuerzo, y un pilar central.

Ejemplos

[Ejemplo 1]

Se preparó una hoja de acero (un lingote con un tamaño que tiene un espesor de 1,4 mm, una anchura de 190,5

35 mm, y una longitud de 400 mm) que tiene la composición química mostrada en la tabla 1 (consistiendo el resto de hierro y las impurezas inevitables). A continuación, la hoja de acero se sometí al trabajo de conformación en prensa, es decir, la conformación por presión en caliente o la conformación por presión en frío, de acuerdo con el procedimiento mostrado en la Fig. 11. En el Ejemplo 1, la temperatura de calentamiento de la conformación por presión en caliente fue 930 ºC, y la temperatura de inicio de la conformación por presión en caliente fue de 800 a 700 ºC. En los experimentos números de 4 a 9 y de 11 a 18 de la Tabla 2 descrita más adelante, El Experimento n.º 18 se sometió a enfriamiento mediante aireación forzada tras la conformación en prensa, y el Experimento n.º 7 se mantuvo en un horno de mantenimiento durante 6 min después de la conformación en prensa, y a continuación se sometió a enfriamiento natural como se muestra en la Fig. 11. Los Experimentos número. 4 a 6, 8, 9, y de 11 a 17, cada uno de ellos, se sometió a enfriamiento natural sin soplante tras la conformación en prensa.

45 En cada una de las fórmulas para el cálculo del punto de transformación Ac3 y del punto Ms mostrado en el lateral de la Tabla 1, se supone que cualquier elemento no incluido representa cero para el cálculo.

Como se muestra en la Fig. 1, en cada una de la conformación por presión en caliente y la conformación por presión en frío, se llevó a cabo la conformación en prensa (la conformación por doblado (forma) usando una almohadilla principal) usando un equipo de conformación por presión (prensa mecánica de 400 toneladas) para producir un elemento de acero que tiene un canal en forma de sombrero como se muestra en la Fig. 12. Se usó un resorte que tiene una fuerza de aproximadamente 1 tonelada como fuente de presión de la almohadilla principal.

55 La Fig. 1 ilustra un proceso de conformación, en donde 1 representa un punzón, 2 representa un troquel, 3 representa una almohadilla principal, 4 representa una hoja de acero (lingote), y 5 representa un pasador (pasador flotante contenido en un resorte).

Como se muestra en la Fig. 1(a), antes de iniciar el proceso de conformación, cada pasador contenido en un resorte 5 se colocó sobre la herramienta (el troquel 2 y la almohadilla principal 3), y el lingote 4 extraído de un horno se asentó temporalmente sobre los pasadores 5 para evitar el contacto entre el lingote 4 y la herramienta (el troquel 2 y la almohadilla principal 3) lo máximo posible.

La Fig. 1(b) ilustra un estado durante la conformación, en donde se está haciendo bajar el punzón 1. La Fig. 1(c)

65 ilustra un estado donde el punzón 1 ha descendido hasta el punto muerto inferior (límite inferior de la posición). En la conformación por presión en frío, la conformación se realiza usando la hoja de acero 4 a la temperatura normal sin

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De las Tablas 1 y 2 se puede hacer la siguiente consideración. Específicamente, en el caso donde el elemento de acero se mantuvo en el punto muerto inferior, y se enfrió rápidamente hasta una región de baja temperatura como en cada uno de los Experimentos de 1 a 3, la fase γ retenida no se pudo garantizar suficientemente. En el Experimento n.º 4, aunque la condición de fabricación satisface los objetos del método especificado por la presente

5 invención, el contenido de Si del lingote era insuficiente; de este modo, no se consiguió la resistencia deseada, la ductilidad fue baja, y la fase γ retenida no se pudo garantizar suficientemente.

Por otra parte, en cada uno de los Experimentos números de 5 a 9 y de 11 a 18, el elemento de acero se fabricó mediante un proceso específico usando un lingote de la composición especificada y, de esta forma, el elemento de 10 acero resultante mostró una elevada resistencia a la tracción y elevada ductilidad, y tenía suficiente fase γ retenida. De esta forma, el elemento de acero que tiene una determinada cantidad o más de la fase γ retenida presenta, de forma prometedora, una excelente resistencia a la fractura retardada y resistencia frente a los choques. Además, en cada uno de los Experimentos números de 5 a 9 y de 11 a 18, el elemento de acero no se mantuvo en el punto muerto inferior durante la conformación; de este modo, el tiempo necesario para fabricar un componente fue

15 extremadamente corto. Específicamente, en cada uno de los Experimentos números de 5 a 9, la velocidad de conformación fue de 20 SPM (que corresponde a una producción de 20 componentes por minuto). Aunque se consiguió una velocidad de conformación de 20 SPM en el caso de la conformación por presión en frío (Experimento n.º 10), el elemento de acero resultante tuvo una ductilidad que era inferior a la del elemento de acero fabricado según el método especificado.

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[Ejemplo 2]

Posteriormente, los elementos de acero producidos en los Experimentos números 1, 5, 8, y de 10 a 18 de la Tabla 2 se sometieron a un ensayo de flexión para evaluar la flexibilidad (trabajabilidad).

25 (Ensayo de flexión)

Como se muestra en la Fig. 16, una tira de acero de 150 mm de longitud y 30 mm de anchura se recortó como probeta de ensayo de flexión de una pared longitudinal del componente conformado (elemento de acero). La probeta 30 se sometió a una flexión preliminar como se muestra en la Fig. 17(a). Posteriormente, como se muestra en la Fig. 17(b), un primer extremo de la probeta se fijó pinzando una herramienta de fijación y una herramienta inferior, y un segundo extremo curvado del mismo se pinzó mediante una herramienta superior y la herramienta inferior, y a continuación se aplicó una carga desde el lado superior de la herramienta superior hasta que la probeta se rompió. Se determinó la carga en el punto en que la parte flexada de la probeta se partió, y el radio de flexión equivalente (R)

35 se determinó mediante la fórmula (1). La Tabla 3 muestra los resultados del ensayo de flexión. La Fig. 18 muestra una relación ilustrativa entre el radio de flexión equivalente (R) y la carga.

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40 donde R es el radio de flexión equivalente (R) (mm), H es la distancia (mm) entre las herramientas superior e inferior en el momento de la rotura, y t es el espesor (mm).

45 Tabla 3

Experimento n.º: Símbolo del lingote Contenido de Si (% en peso) Conformación en prensa Cantidad de fase γ retenida (% vol.) Radio de flexión equivalente (mm) Carga máxima en flexión (kN)

1: A 0,19 Conformación por presión en caliente 0,5 4,0 2,6

5: B 1,91 5,7 3,6 4,2

8: B 1,91 6,8 3,9 3,4

10: D 1,91 Conformación por presión en frío 7,0 4,4 2,3

11: E 1,05 Conformación por presión en caliente 4,2 3,8 4,2

12: F 1,16 4,0 3,6 4,1

13: G 1,00 4,5 3,0 5,9

14: H 1,34 5,0 3,8 3,5

15: I 1,29 4,8 3,9 3,1

16: J 1,28 4,8 2,7 7,6

17: K 1,35 2,3 2,5 7,9

18: L 1,35 2,5 3,0 5,5

De la Tabla 3 se puede hacer la siguiente consideración. En el Experimento n.º 1, el contenido de Si era insuficiente, y la cantidad de la fase γ retenida fue pequeña; de este modo, la probeta se partió antes de haber flexado lo suficiente. En otras palabras, la probeta tuvo un radio de flexión equivalente en la rotura grande, y una carga máxima

en flexión pequeña. Por otra parte, en cada uno de los Experimentos números 5, 8, y 11 a 18, el elemento de acero tuvo un radio de flexión equivalente pequeño, y una carga a la rotura (la carga máxima en flexión) grande. El elemento de acero producido mediante conformación por prensado en frío (Experimento n.º 10) tuvo una flexibilidad que era inferior a la de un elemento de acero fabricado según el método especificado.

5

[Ejemplo 3]

Posteriormente, en el caso de llevar a cabo una conformación por presión multietapa, se investigó la influencia sobre la precisión dimensional de cada uno de los elementos de acero resultante, usando los elementos de acero

10 producidos en los Experimentos números 1, 5, y de 8 a 10 de la Tabla 2.

La precisión de la dimensión se evaluó a partir de la obtención del desplazamiento de apertura máximo como se describe a continuación.

15 La Fig. 19 es un diagrama que ilustra puntos de medida del desplazamiento de apertura de cada uno de los elementos de acero resultantes. El desplazamiento de apertura se determinó en A, B, y C. Con el desplazamiento de apertura, como se muestra en la Fig. 20, se obtuvieron valores de (W-47.2) en las secciones transversales de A, B, y C, y se determinó un valor más grande entre dichos valores como el desplazamiento de apertura máximo. La Tabla 4 muestra los resultados de la medición.

20

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De la Tabla 4 se puede hacer la siguiente consideración. En el Experimento n.º 1, la probeta se mantuvo en el punto muerto inferior durante la conformación; de este modo, el desplazamiento de apertura máximo fue pequeño, pero se tardó mucho tiempo para fabricar un elemento de acero, lo que se traduce en una baja productividad. Como en el Experimento n.º 10, en el caso en que se llevó a cabo la conformación por presión en frío, el desplazamiento de

5 apertura máximo fue considerablemente grande, y de esta forma, la precisión dimensional fue realmente mala.

Por otra parte, en cada uno de los Experimentos números 5, 8, y 9 donde se realizó la conformación por presión en caliente según el método especificado usando el lingote especificado mediante la presente invención, el desplazamiento de apertura máximo quedó suficientemente controlado para que fuera pequeño. En el caso de este 10 grado de variación en la precisión dimensional, la forma del elemento de acero tras la conformación por presión en caliente se puede ajustar a las dimensiones predeterminadas mediante una solución que consiste en permitir previamente una determinada dimensión en una forma de herramienta para permitir una variación en la dimensión tras la liberación de la herramienta, o un enfoque donde la forma del elemento esté concebida para que sea rígida. En particular, como en el Experimento n.º 8, el número de etapas de conformación en prensa fue grande, y la

15 temperatura de liberación de la herramienta final fue el punto Ms o inferior, de esta forma, la precisión dimensional se pudo mejorar notablemente, a la vez que no se redujo sustancialmente la productividad.

[Ejemplo 4]

20 El material del lingote con el símbolo B de la Tabla 1 se conformó en forma de arco. En este momento, aunque se varió el tiempo necesario para una única conformación en prensa, el número de etapas de conformación en prensa, y la profundidad de indentación, en cada caso, se investigó la influencia de estas variaciones en la precisión dimensional del elemento de acero resultante.

25 El material (1,4 mm de espesor y 110 mm cuadrados) del lingote con el símbolo B de la Tabla 1 se calentó a 930 ºC, y a continuación se conformó en forma de arco tras haber esperado durante 10 s sobre pasadores flotantes en una unidad de conformación (herramienta) ilustrada en la Fig. 21. En la conformación, el tiempo necesario para una única conformación en prensa, el número de etapas de conformación en prensa, y la profundidad de indentación se variaron como se muestra en la Tabla 5 mientras el material no se mantuvo en el punto muerto inferior, por lo que se

30 varió la temperatura de acabado de la conformación final. La conformación se llevó a cabo con la unidad de conformación (herramienta) configurada en una prensa de manivela del tipo 780 kN. Además, R (el radio de curvatura) de la forma de arco tras la conformación (liberación de la herramienta) se determinó como R1. La conformación, que permitió garantizar una excelente precisión dimensional, se preformó por separado por mantenimiento en el punto muerto inferior (13 s) y temperatura de acabado de la conformación final de 60 ºC

35 (conformación bajo la condición de referencia) para producir un artículo conformado bajo la condición de referencia, y R del artículo se determinó como R2. Además, un valor de R1-R2 se determinó como "variación arc R", y se utilizó como índice de evaluación de la precisión dimensional. La Tabla 5 muestra adicionalmente los resultados de dicha investigación.

40 Tabla 5

Tiempo necesario para una única conformación en prensa (s): Mantenimiento en el punto muerto inferior (s) Número de etapas de conformación en prensa (veces) Profundidad de indentación H (mm) Temperatura de acabado de la etapa de conformación final (ºC) Variación arc R (mm)

2,1: 0,0 1 50 465 1,1

3,0: 0,0 1 5 596 8,1

3,0: 0,0 1 14 532 2,8

3,0: 0,0 1 46 400 0,5

3,0: 0,0 1 50 465 1,0

3,0: 0,0 1 70 337 0,2

3,5: 0,0 1 48 362 0,1

3,5: 0,0 1 70 244 0,0

2,1: 0,0 2 50 351 0,0

3,0: 0,0 2 14 403 0,4

30: 0,0 3 14 348 0,2

La Fig. 22 ilustra una relación entre la temperatura de acabado de conformación final y la variación arc R obtenida mediante la reordenación de los resultados de la Tabla 5. La Fig. 22 revela que si la liberación de la herramienta se realiza a la temperatura de acabado de la conformación final del punto Ms o inferior, la precisión dimensional mejora

45 notablemente independientemente del número de etapas de conformación en prensa (de una a tres etapas), consiguiendo de esta forma una precisión dimensional similar a la que se obtiene mediante la técnica tradicional con mantenimiento en el punto muerto inferior.

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temperatura de perforación predeterminada, se realizó una cizalla (perforación) con un punzón de 10 mm de diámetro. Además, se midió una carga (carga de cizalla) en dicho trabajo. La distancia de separación CL entre el troquel y el punzón se configuró a cada uno de 10 % y el 20 % del espesor. Se midió la carga de cizalla a cada temperatura, y se calculó una relación (%) de dicha carga de cizalla con respecto a una carga de referencia (una

5 carga de perforación similar del material (que tiene una resistencia a la tracción de 1518 MPa según la Tabla 2) del lingote con el símbolo D de la Tabla 1).

La Fig. 35 ilustra los resultados de dicho cálculo en la forma de una relación entre la temperatura de perforación y la relación con respecto a la carga de referencia. La Fig. 35 ilustra además una carga durante la perforación en frío del

10 acero del tipo que tiene una resistencia a la tracción de 590 MPa y una carga equivalente a la perforación en frío del acero dulce, ya que estos tipos de acero se producen de una forma generalmente masiva mediante trabajo de conformación en prensa.

La Fig. 35 desvela que, cuando la temperatura de perforación está en el punto Ms o superior, la perforación se 15 puede llevar a cabo a carga baja análogamente a la conformación por presión en frío de un material cuya resistencia está en el intervalo de la resistencia a la tracción del acero dulce del tipo 590 MPa.

[Descripción de los números y signos de referencia]

20 1 punzón 2 troquel 3 almohadilla principal 4 hoja de acero (lingote) 5 pasador

25

Claims

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