ES2583143T3 - Acero de varias capas y procedimiento de producción de acero de varias capas - Google Patents

Acero de varias capas y procedimiento de producción de acero de varias capas Download PDF

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Toshio Suzuki
Toyonobu Yoshida
Junya Inoue
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Abstract

Acero de varias capas (10) que comprende una combinación de dos tipos de aceros laminados y tratados con calor, teniendo cada uno de ellos una composición química y una microestructura diferentes o propiedades mecánicas diferentes, caracterizado porque el acero de varias capas (10) está formado por una primera capa (12) y una secunda capa (11), y porque la primera capa (12) comprende un primer acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, de 0,05 a 0,4 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 0,05 a 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas evitables y, opcionalmente, uno o más elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, de 0,001 a 0,5% en masa 10 de V, de 0,01 a 16,0% en masa de Cr, de 0,01 a 12,0% en masa de Ni, de 0,01 a 3,0% en masa de Mo, y de 0,01 a 1,0% en masa de Cu, y sirve como una capa de número par, y porque la segunda capa (11) comprende un segundo acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, de 0,001 a 0,15 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 15,0 a 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y sirve como capa de número impar, y porque el acero de varias capas (10) está comprendido por números impares de la primera capa (12) y la segunda capa (11) que están apiladas de forma secuencial y alterna, estando cada primera capa (12) en medio de las segundas capas (11) estando la segunda capa (11) dispuesta sobre ambas superficies externas del acero de varias capas (10), y porque el primer acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, la fase de martensita que tiene una resistencia alta y una ductilidad baja, y porque el segundo acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como mínimo, una de las fases de austenita y de ferrita que tienen una resistencia baja y una ductilidad alta.

Description

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DESCRIPCION
Acero de varias capas y procedimiento de produccion de acero de varias capas SECTOR TECNICO
La presente invencion se refiere a un acero de varias capas en el que dos propiedades de un acero que son incompatibles entre si, tales como la alta resistencia y la alta ductilidad, pueden hacerse compatibles entre si, y a un procedimiento para producir el mismo.
TECNICA ANTERIOR
En una unidad movil, tal como un automovil, se requiere la consecucion de peso ligero del punto de vista del rendimiento y/o la respuesta ambiental. Por lo tanto, hasta ahora se han adoptado dos enfoques principales para obtener materiales estructurales que pueden satisfacer tales demandas. Un enfoque es fabricar un material de hierro y acero fino aumentando la resistencia del mismo y otro enfoque es la utilizacion de una aleacion que tenga un peso especifico pequeno en lugar del material de hierro y acero.
Sin embargo, cuando se fabrica un material de hierro y acero con mayor resistencia y menor grosor, surgen problemas, tales como la degradacion de la ductilidad y de la resistencia a la fatiga y el incremento de la fragilidad por hidrogeno asociados con que el material se ha hecho mas fuerte y mas fino.
Ademas, cuando se utiliza la aleacion de Al o Mg que tiene un peso especifico bajo en lugar del material de hierro y acero, debido a la baja resistencia y tenacidad de la misma, es necesario aumentar su grosor de la plancha o complicar su forma de seccion transversal con el fin de obtener la resistencia y la tenacidad iguales a las del material de hierro y acero. En consecuencia, surge otro problema, se hace imposible no solo lograr un efecto de peso ligero que pueda esperarse normalmente por las diferencias del peso especifico, sino tambien evitar los problemas de degradacion en la capacidad de conformado en prensa, la fragilidad causada por la union de materiales distintos, la corrosion, y similares.
Por tanto, se espera con gran ansia la llegada de un material de hierro y acero que pueda alcanzar un peso ligero estructural del mismo y que simultaneamente pueda tener una resistencia elevada y, ademas, que pueda resolver el problema de la degradacion de la ductilidad, la tenacidad, la capacidad de conformado, la resistencia a la fatiga, la resistencia a la corrosion, la resistencia a la fragilidad por hidrogeno y similares que vienen con el peso ligero y la resistencia elevada.
No obstante, dado que concretamente la resistencia y la ductilidad son incompatibles entre si, es dificil conseguir la compatibilidad con los materiales de hierro y acero convencionales.
La figura 1 es un grafico que muestra una correlacion entre la resistencia y la ductilidad de los aceros convencionales. En la figura 1, la resistencia esta representada por la resistencia a la traccion y la ductilidad esta representada por la elongacion. El acero mostrado como MART (martensita) de la figura 1 es acero martensitico con una resistencia ultra alta pero una ductilidad extremadamente baja. A partir de la figura 1 se puede entender que, en cualquiera de los aceros, cuanto mayor es la resistencia menor es la ductilidad.
Convencionalmente, como uno de los medios para mejorar las propiedades de un material, se esta estudiando la utilizacion de varias capas del material mediante la utilizacion de diferentes materiales distintos cada uno de ellos con las propiedades requeridas.
El material obtenido mediante aceros u otros materiales con varias capas incluye una plancha chapada, plancha laminada, material compuesto o similares.
La plancha chapada es una plancha de acero o plancha de metal obtenida mediante chapado de la superficie de un acero altamente resistente a la corrosion o similar con el fin de impartir una funcion de anticorrosion. Como procedimiento de formacion de la plancha chapada, se propone un procedimiento (por ejemplo, en el documento de patente 1) en la que aceros distintos se someten a laminacion en frio y a continuacion a recocido.
La plancha laminada es una plancha de acero o plancha de metal obtenida mediante la introduccion de una resina o similar entre las mismas con el fin de impartir una funcion de amortiguacion, una funcion de aislamiento termico y similares. Como procedimiento de formacion de la plancha laminada se propone un procedimiento (por ejemplo, en el documento de patente 2) en el que una resina unida entre dos planchas de metal se funde y las dos planchas de metal se moldean a presion.
El material compuesto es un material compuesto en forma de plancha producido mediante la utilizacion de un polimero, hoja de papel de aluminio laminada, tal como una lamina de metal, y material de carbono con el objetivo de dar a conocer al propio material una resistencia elevada. Como procedimiento de formacion del material
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compuesto hecho de materiales diferentes, se propone un procedimiento (por ejemplo, en el documento de patente 3) en el que piezas de material compuesto formadas por una hoja de material preimpregnado se moldean por compresion. Hay un informe sobre que la tenacidad y la caracteristica de resistencia a la fatiga del propio material mejoran mediante la utilizacion del material compuesto en varias capas.
Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa abierta a inspeccion publica No. Hei 5-5190
Documento de patente 2: Solicitud de patente japonesa abierta a inspeccion publica No. 2001-277271
Documento de patente 3: Solicitud de patente japonesa abierta a inspeccion publica No. 2005-306039
El documento JP 2005 298960 A da a conocer una plancha de acero inoxidable chapada de varias capas para el
separador de una celda de combustible de tipo polimero solido que se forma mediante la combinacion de una capa interna hecha de acero inoxidable que comprende 0-0,3% en masa de B, con una capa externa hecha de acero inoxidable que comprende 0,3-2,5% en masa de B sobre una superficie o ambas superficies de la capa interna.
El documento JP H02 30712 A da a conocer un compuesto ensamblado que se forma con un material de chapado que comprende acero inoxidable austenitico y un tipo de aleacion a base de Ni austenitico y un material de base que comprende el acero de carbono o acero de aleacion baja que no contiene mas de 0,2% en peso de C y, preferentemente, de 0,005 a 0,03% en peso de Ti.
El documento JP 62 016892 A se refiere a una plancha de acero chapado de acero inoxidable obtenido mediante laminacion de una losa de ensamblaje obtenida mediante superposicion de un material compuesto que comprende acero inoxidable, y un metal de base que comprende acero de carbono o acero de aleacion baja y soldado de su periferia.
El documento JP 61 273277 A da a conocer un acero compuesto obtenido mediante laminacion del metal chapado de el grosor prescrito a la superficie del acero que comprende, entre otros, el 5 - 12% en peso de Ni y el 0,6-1,5% en peso de Mn y, a continuacion, calentando y laminando este tocho compuesto y, ademas, enfriandolo con agua y atemperandolo a una temperatura especificada.
CARACTERISTICAS DE LA PRESENTE INVENCION
Problemas que ha de resolver la presente invencion
En la tecnica convencional, la plancha chapada es la plancha de acero o la plancha de metal obtenida mediante laminacion de aceros o planchas de metal distintos y la realizacion de un proceso de recocido o similar con el objetivo principal de impartir una funcion a la superficie o similar, no con el objetivo de hacer que el propio material estructural sea altamente funcional con la condicion previa de que los materiales esten soldados. Asimismo, la plancha laminada es la plancha de acero o plancha de metal fundiendo la resina unida entre dos planchas de metal y realizando moldeo por presion con el objetivo de impartir una funcion de amortiguacion, una funcion del aislamiento termico y similares, no con el objetivo de hacer que el propio material estructural sea altamente funcional con la condicion previa de que los materiales esten soldados.
El material compuesto es el material de tipo plancha obtenido realizando moldeo por compresion con los materiales con el objetivo de hacer que el propio material de varias capas con forma de plancha sea mas fuerte. Existe un informe de que, mediante la formacion de varias capas del material compuesto se mejoran la tenacidad y la resistencia a la fatiga de un material fragil, tal como una ceramica. Se ha indicado que estos hallazgos efectuan la presente invencion, aunque no se han publicado estudios sobre un equilibrio entre la resistencia y la ductilidad, la tenacidad, la capacidad de conformado, la soldabilidad, la resistencia a la fatiga al que se esta prestando atencion en la presente invencion.
El resultado es que, en los materiales convencionales de varias capas, todavia no se ha logrado ningun material estructural en el que las propiedades sean incompatibles entre si, como en el caso de la resistencia y la ductilidad.
Con el fin de resolver los problemas anteriores, un objetivo de la presente invencion es dar a conocer un acero de varias capas del tipo de acero/laminado de acero en el que dos propiedades de un acero que son incompatibles entre si, como en el caso de la resistencia alta y la ductilidad alta se hagan compatibles entre si y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes, y un procedimiento para producir el acero de varias capas.
Medios para resolver los problemas
El objeto anterior se consigue mediante la presente invencion tal como se define en las reivindicaciones independientes. Realizaciones ventajosas de la presente invencion son el sujeto de reivindicaciones dependientes. Cabe indicar que todos los ejemplos que se proporcionan mas adelante que no entran dentro del alcance de la
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presente invencion, tal como se expone en las reivindicaciones adjuntas, no deben considerarse realizaciones y ejemplos de la presente invencion.
El acero de varias capas de la presente invencion se forma mediante laminacion, combinando dos tipos de aceros cada uno de ellos con una composicion quimica y microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes.
El acero de varias capas se forma mediante laminacion, combinando una primera capa de un acero A que comprende, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y, opcionalmente, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 a 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, y una segunda capa hecha de un acero E que comprende, en % en masa, del 0,001 al 0,15 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
El acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque, el grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas es igual o menor que 125 pm.
El acero de varias capas indicado en un segundo aspecto se caracteriza porque el numero de capas que constituyen el acero de varias capas es igual o superior a 5.
El procedimiento para producir un acero de varias capas indicado en un aspecto es un proceso de laminacion, en combinacion de dos tipos de aceros cada uno con una composicion quimica y microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes para formar el acero de varias capas.
El procedimiento de produccion un acero de varias capas segun un aspecto es un proceso de laminacion, en combinacion de una primera capa hecha de acero A que comprende, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y, opcionalmente, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, y una segunda capa hecha de un acero E que comprende, en % en masa, del 0,001 al 0,15 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque el grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas es igual o menor que 125 pm.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque el numero de capas que constituyen el acero de varias capas es igual o mayor que 5.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque el acero de varias capas se forma de un modo tal que el grosor final de cada capa que constituye el acero de varias capas obtenido a continuacion de la laminacion se convierte en menor o igual a la mitad de su grosor original de cada capa antes de la laminacion.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque la laminacion es laminacion en caliente.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque la laminacion es laminacion en frio.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque la laminacion es laminacion templada.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un decimoquinto aspecto se caracteriza porque la laminacion se debe realizar utilizando, como minimo, dos tipos de laminacion en caliente, laminacion en frio y laminacion templada, en combinacion.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un decimosexto aspecto se caracteriza porque el tratamiento termico se realiza a continuacion de la laminacion.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque la laminacion en caliente se realiza a un intervalo de temperatura entre 200°C y 750°C.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque la laminacion en frio se realiza una vez o mas con una reduccion del grosor del 30% o mas.
El procedimiento de produccion de un acero de varias capas indicado en un aspecto se caracteriza porque en el
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tratamiento termico el empapado se realiza a un intervalo de temperaturas entre 900°C y 1.250°C durante un segundo o mas y, tras el tratamiento termico, el acero se enfria a temperatura ambiente.
Efectos de la presente invencion
De acuerdo con el acero de varias capas y el procedimiento de produccion del acero de varias capas de la presente invencion, por laminacion, en combinacion de dos tipos de aceros en capas, teniendo cada uno de ellos una composicion quimica y una microestructura diferente o propiedades mecanicas diferentes, se puede producir un acero de varias capas del tipo acero/acero laminado en el que dos propiedades de un acero que son incompatibles entre si, tal como en el caso de la resistencia elevada y la ductilidad elevada, se pueden hacer compatibles entre si y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes.
Descripcion breve de los dibujos
La figura 1 es un grafico que muestra una correlacion entre la resistencia y la ductilidad de los aceros convencionales.
La figura 2 es un grafico utilizado para explicar la mejora de las propiedades obtenidas mediante multiestratificacion de aceros segun la presente invencion.
La figura 3 es un diagrama que muestra un ejemplo de fractura por fragilidad de un acero de varias capas segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 4 es un diagrama utilizado para explicar un estado de rotura por fragilidad de un acero de varias capas segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 5 es un grafico que muestra una condicion para el acero de varias capas libre de grietas segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 6 es un diagrama que muestra un ejemplo de estrangulamiento de un acero de varias capas segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 7 es una fotografia del acero de varias capas antes de su laminacion segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 8 es un diagrama que muestra esquematicamente el procedimiento de laminacion del acero de varias capas utilizado segun el procedimiento de produccion de la presente invencion.
La figura 9 es un grafico que muestra una relacion entre la temperatura del tratamiento termico y la elongacion.
La figura 10 es un grafico que muestra una relacion entre una reduccion maxima de la pasada durante la laminacion y la ductilidad del acero de varias capas.
MEJOR MODO PARA REALIZAR LA PRESENTE INVENCION
En el acero de varias capas de la presente invencion, mediante multiestratificacion, combinando dos o mas tipos de aceros que tienen cada uno una composicion quimica y microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes, las propiedades del propio acero pueden mejorarse.
La figura 2 es un grafico utilizado para explicar la mejora de las propiedades obtenidas mediante multiestratificacion de aceros segun la presente invencion. La resistencia a la traccion se representa en el eje de abscisas y la ductilidad en el de ordenadas. Tal como se muestra en la figura 2, el acero I tiene una resistencia a la traccion comparativamente baja y una ductilidad comparativamente alta, mientras que el acero II tiene una resistencia a la traccion comparativamente alta y una ductilidad comparativamente baja. Los inventores de la presente invencion han encontrado que la resistencia a la traccion se determina por una media aritmetica calculada utilizando una velocidad de laminacion entre el acero I y el acero II, sin embargo, la ductilidad supera a la media aritmetica mediante multiestratificacion de aceros cuando se forma una interfaz entre los aceros (acero/acero) de un acero de varias capas. Tambien se ha descubierto en estudios adicionales que la ductilidad se mejora notablemente mediante el control de el grosor de las varias capas y del numero de capas apiladas.
En realidad, el acero de varias capas -10- de la presente invencion, tal como se muestra en la figura 2, esta compuesto por la primera capa -12- que tiene una resistencia alta y ductilidad baja, y la segunda capa -11-, que tiene resistencia baja y ductilidad alta. La primera capa -12- sirve como capa de numero par y la segunda capa -11- sirve como capa de numero impar y las piezas sueltas de las capas estan apiladas de forma que la capa de numero par -12- y la capa de numero impar -11- se apilan de forma secuencial y alterna, y, apilando de esta forma, la segunda capa -11- que tiene una ductilidad alta esta dispuesta sobre ambas superficies externas del acero de varias capas que se va a producir.
En el ejemplo de la presente invencion se describe el ejemplo en el que se apilan 9 piezas de capas como los numeros impares de las capas, no obstante, la presente invencion no esta limitada a este caso, es decir, lo importante es que otras piezas impares de las capas, tales como 5 u 11 piezas de las capas, se puedan apilar de un modo tal que cada una de las primeras capas -12- que tiene una resistencia alta y una ductilidad baja se dispone en medio de cada una de las segundas capas -11- que tienen una resistencia baja y una ductilidad alta, y la segunda capa -11- se dispone sobre las superficies externas de la multicapa.
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El acero de varias capas -10- de la presente invencion se produce mediante laminacion, combinando dos tipos de aceros cada uno de ellos con una composicion qufmica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes.
En realidad, la primera capa -12- que compone el acero de varias capas -10- esta compuesta por un acero que tiene una microestructura que comprende una fase de martensita como su propia fase y esta compuesta por un acero compuesto solamente por martensita o un acero compuesto por martensita y bainita. Asimismo, la segunda capa -11- esta hecha de un acero que tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como mmimo, una de las fases de austenita y de ferrita.
Asimismo, el acero de varias capas -10- de la presente invencion se produce mediante laminacion, combinando la primera capa -12- hecha de un acero que comprende, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables (acero A), y, opcionalmente, uno o mas elementos de 0,001 a 0,1% en masa de Nb, de 0,001 a 0,1% en masa de Ti, de 0,001 a 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu (acero B), y la segunda capa -11- hecha de un acero que comprende 0,001 a 0,15 de C, del 0,5 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables (acero E).
El acero que se va a utilizar como la primera capa -12- de la presente invencion no esta limitado a uno especffico siempre que el acero tenga una resistencia alta y se utilice un acero hecho de uno o mas tipos de aceros de entre el acero A que comprende, en % en masa, de 0,05 a 0,4 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 0,05 a 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y el acero B que comprende, ademas del acero A, uno o mas elementos de entre 0,001 a 0,1% en masa de Nb, de 0,001 a 0,1% en masa de Ti, de 0,001 a 0,5% en masa de V, de 0,01 a 16,0% en masa de Cr, de 0,01 a 12,0% en masa de Ni, de 0,01 a 3,0% en masa de Mo, y de 0,01 a 1,0% en masa de Cu.
El acero que se va a utilizar como la segunda capa -11- de la presente invencion es acero E que comprende, en % en masa, de 0,001 a 0,15 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 15,0 a 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
El acero de varias capas de la presente invencion esta hecho de dos tipos de aceros que tienen cada uno una composicion qufmica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes. La primera capa -12- que constituye el acero de varias capas -10- esta hecha de acero martensftico y la segunda capa-11- que constituye el acero de varias capas -10- esta hecha de acero austenftico. Mediante laminacion, combinando una serie aceros que tiene cada uno propiedades mecanicas incompatibles entre sf, como en el caso de la resistencia alta mostrada por el acero II y la ductilidad alta mostrada por el acero I, se puede obtener un acero que tenga resistencia alta y ductilidad alta.
El grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas -10- de la presente invencion a continuacion de la laminacion es, preferentemente, 125 pm o menos. Formando el acero de varias capas -10- de manera que cada capa tenga el grosor de 125 pm o menos, se hace posible producir el acero de varias capas -10- libre de rotura causada por deslaminacion, rotura por fragilidad, estrangulamiento local y similares.
Ademas, el numero de capas que constituyen el acero de varias capas -10- de la presente invencion en la direccion del grosor que se desea obtener a continuacion de la laminacion no esta limitado por ningun numero de capas, sin embargo, 5 o mas capas son preferentes, lo que mejora las propiedades mecanicas y la soldabilidad de la totalidad del acero de varias capas -10-.
El grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas -10-, a continuacion de la laminacion, se convierte preferentemente en la mitad o menos de el grosor original. La caracterfstica especificada que mejora el efecto se puede obtener mediante la mejora de la resistencia interfacial atribuible a la laminacion.
El procedimiento de produccion de acero de varias capas -10- de la presente invencion se caracteriza porque el acero de varias capas -10- se produce mediante laminacion, combinando, como mmimo, dos o mas tipos de aceros cada uno de ellos con una composicion qufmica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes.
El procedimiento de produccion del acero de varias capas -10- de la presente invencion se caracteriza porque el acero de varias capas -10- se produce mediante laminacion, combinando la primera capa -12- hecha de un acero que comprende, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y, opcionalmente, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, y la segunda capa -11- hecha de un acero que comprende, en % en masa, del 0,001 al 0,15 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
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siempre que el acero tenga una resistencia alta y el acero este hecho de acero A que comprende, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, o acero B que comprende, ademas del acero A, uno o mas elementos de entre 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu.
El acero que se va a utilizar como la segunda capa -11- de la presente invencion es un acero E que comprende, en % en masa, de 0,001 a 0,15 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 15,0 a 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
El acero de varias capas -10- de la presente invencion esta hecho de dos tipos de aceros que tienen cada uno una composicion quimica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes, respectivamente acero martensitico y acero austenitico. Mediante laminacion, combinando una serie aceros que tiene cada uno propiedades mecanicas incompatibles entre si, como en el caso de la resistencia alta mostrada por el acero II y la ductilidad alta mostrada por el acero I, se puede obtener un acero que tenga resistencia alta y ductilidad alta.
El grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas -10- de la presente invencion que se va a obtener a continuacion de la laminacion es, preferentemente, 125 pm o menos en la direccion del grosor que se debe obtener a continuacion de la laminacion. Mediante la laminacion y el conformado del acero de varias capas -10- cada capa del cual tiene el grosor de 125 pm o menos, se hace posible producir el acero de varias capas -10- libre de rotura causada por deslaminacion, rotura por fragilidad, estrangulamiento local y similares.
Asimismo, el numero de capas que constituyen el acero de varias capas -10- es, preferentemente, 5 o mas en la direccion del grosor del mismo. Mediante laminacion para producir el acero de varias capas -10- que tiene 5 capas o mas se pueden mejorar considerablemente las propiedades mecanicas y la soldabilidad de la totalidad del acero de varias capas -10-.
El grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas -10-, a continuacion de la laminacion, se convierte preferentemente en la mitad o menos del grosor original. La mejora de la resistencia interfacial atribuible a la laminacion proporciona el efecto potenciador especificado caracteristico.
La laminacion que se va a utilizar en la presente invencion incluye, preferentemente, laminacion en caliente, laminacion en frio, laminacion templada, laminacion utilizando laminacion en caliente y laminacion en frio combinando y laminacion utilizando laminacion en caliente y laminacion templada combinadas. Formando el acero de varias capas mediante laminacion en caliente, laminacion en frio, laminacion templada, laminacion utilizando laminacion en caliente y laminacion en frio combinadas y laminacion utilizando laminacion en caliente y laminacion templada combinadas se puede conseguir resistencia interfacial.
En la practica, en el caso de la laminacion en caliente, por ejemplo calentando un rodillo de laminacion utilizado para laminar el acero de varias capas -10- hasta una temperatura predeterminada, la laminacion y el tratamiento termico se realizan de forma simultanea en el acero de varias capas -10-.
Es decir, dos tipos de aceros que tienen cada uno composicion quimica y microestructura o propiedades mecanicas diferentes se apilan primero en capas de forma secuencial y como alternativa para producir un acero en capas.
A continuacion, mediante laminacion del acero de varias capas -10- utilizando el rodillo de laminacion precalentado hasta una temperatura predeterminada y mediante la realizacion del tratamiento termico especificado, se forman la primera capa -12- hecha de un acero que tiene una microestructura que comprende fase de martensita como su fase principal y que tiene una resistencia alta y una ductilidad baja, y la segunda capa -11- hecha de un acero que tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como minimo, una de las fases de austenita y de ferrita, y que tiene una resistencia baja y una ductilidad alta.
Por lo tanto, estas primera y segunda capas se apilan de forma secuencial y alterna, y se puede producir el acero de varias capas -10-, en ambos lados del cual se disponen las segundas capas.
Por otro lado, en el caso de la laminacion en frio y laminacion templada, el acero de varias capas -10- anterior se lamina primero utilizando el rodillo de laminacion para producir un acero laminado de varias capas.
A continuacion, mediante la realizacion del tratamiento termico en el acero laminado de varias capas, se forman la primera capa -12- hecha del acero que tiene una microestructura que comprende fase de martensita como su fase principal y que tiene una resistencia alta y una ductilidad baja y la segunda capa -11- hecha del acero que tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como minimo, una de las fases de austenita y de ferrita y que tiene una resistencia baja y una ductilidad alta.
Por lo tanto, estas primera -12- y segunda -11- capas se apilan de forma secuencial y alterna y se puede producir el acero de varias capas -10-, en ambos lados del cual se disponen las segundas capas.
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Incidentalmente, en el caso de la laminacion en caliente, si la laminacion en caliente se realiza a una temperatura excesivamente alta, se producen movimientos de los atomos causados por difusion termica entre la primera capa y las segundas capas, de modo que provocan cambios en las composiciones de las capas primera y segunda mediante lo cual se hace disminuir un efecto sinergico esperado por el apilamiento de las capas.
Por otra parte, la laminacion templada y la laminacion en frio se realizan a una temperatura que es menor que la temperatura a la cual se realiza la laminacion en caliente y, por lo tanto, no se producen movimientos de atomos se producen entre las capas primera y segunda y se hace posible evitar la disminucion del efecto sinergico esperado por el apilamiento de las capas.
En el caso en que se realiza principalmente laminacion templada, es deseable, a continuacion de calentar o de la laminacion en caliente, iniciar el enfriamiento o calentamiento de los aceros estratificados a temperatura ambiente y que la mayor parte de los procesos de calentamiento y de laminacion se realicen en el intervalo de temperaturas entre 200°C y 750°C. La razon de esto es que, si la laminacion se realiza a una temperatura inferior a 200°C, la resistencia a la deformacion del acero estratificado se convierte en alta y, si la temperatura es superior a 750°C, se hace cambiar la composicion y se forma un acero no deseado.
Asimismo, cuando se lleva a cabo principalmente laminacion en frio, es deseable utilizar un proceso de pasada que logre una reduccion del grosor de 30% o mas por pasada, como minimo, una o mas veces. Esto es porque, si el estirado es del 30% o menos, la ductilidad del acero de varias capas no se puede mejorar. De forma imprevista, el estirado indica una tasa decreciente del grosor de una capa obtenida a continuacion de la laminacion con respecto al grosor de la capa antes de la laminacion.
Es deseable que el tratamiento termico especificado se lleve a cabo a un intervalo de temperaturas de entre varios cientos de °C y varios miles de °C durante un periodo de tiempo de entre aproximadamente 1 segundo a varias horas (es decir, durante uno o mas segundos). Tambien es deseable que el tratamiento termico se realice en un intervalo de temperaturas entre 900°C y 1.250°C, ya que, si el tratamiento termico se realiza a una temperatura por debajo de 900°C o por encima de 1.250°C, la ductilidad no se puede mejorar hasta un nivel deseado. Ademas, el tratamiento termico puede llevarse a cabo por separado, sin tratamiento simultaneo, de la laminacion. Asimismo, a continuacion del tratamiento termico se puede realizar un proceso de enfriamiento mediante la utilizacion de procedimientos de enfriamiento con aire, enfriamiento con agua, o enfriamiento con vapor. Realizando el tratamiento termico en el acero de varias capas a continuacion de la laminacion, sus propiedades mecanicas se pueden hacer uniformes en las direcciones tanto de longitud como de grosor del acero de varias capas.
En lo sucesivo, la presente invencion se describe adicionalmente con detalle mediante ejemplos especificos, sin embargo, la presente invencion no esta limitada a los ejemplos y, por ejemplo, la laminacion puede utilizar, como minimo, dos o mas procedimientos de laminacion de entre laminacion en caliente, laminacion en frio y laminacion templada.
Ejemplo I
Con el fin de producir el acero de varias capas de la presente invencion pudiendo lograr la compatibilidad de sus propiedades que son incompatibles entre si, tal como en el caso de la resistencia alta y la ductilidad alta, y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes, es necesario formar acero de varias capas libre de fracturas por fragilidad y de estrangulamiento.
En el ejemplo I, a continuacion de la determinacion de las condiciones para la formacion del acero de varias capas sin causar rotura por fragilidad se determinaron las condiciones para formar el acero de varias capas sin producir estrangulamiento. Ademas, basandose en las condiciones para formar el acero de varias capas sin causar rotura por fragilidad y estrangulamiento, se forma el acero de varias capas.
La figura 3 muestra ejemplos de la fractura por fragilidad como uno de los tipos de fractura de la capa de varias capas. La figura 3(A) es un ejemplo de rotura por fragilidad y la figura 3(B) es un ejemplo de la rotura producida por deslaminacion. La rotura por fragilidad es un tipo de rotura producida por la satisfaccion de las condiciones de rotura por fragilidad. La rotura por fragilidad es un estado en el que el grosor de una capa intermedia que constituye el acero de varias capas supera el de una capa critica. La rotura causada por deslaminacion es un estado en el que se satisfacen las condiciones de separacion. La condicion de separacion es un estado en el que la resistencia interfacial entre la capa y una capa intermedia en el acero de varias capas se reduce por debajo de la resistencia a la separacion entre capas (energia de separacion entre capas) o menos.
La figura 4 es un diagrama utilizado para explicar una condicion de progresion de una grieta que es una condicion de fractura por fragilidad del acero de varias capas. Cuando la condicion de progresion de grietas se cumple en la capa A que tiene el grosor de capa tii en el acero de varias capas y se produce rotura por fragilidad, aparece una grieta denominada “grieta en tunel”, tal como se muestra en la figura 4. La condicion de progresion de grietas puede estar representada por la energia de inicio de grietas Wc y la energia de deformacion liberada Wm.
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La energfa de inicio de grietas Wc esta representada por la ecuacion 1.
[Ecuacion 1]
imagen1
en la que tii indica el grosor del acero II y yii indica la energfa de superficie del acero II.
La energfa de deformacion liberada Wm esta representada por la ecuacion 2.
[Ecuacion 2]
frm.£&.a)da = 2&
en la que tn indica el grosor del acero II, En indica un modulo de Young del acero II, y d indica la carga de traccion por unidad de superficie.
La condicion de progresion de grietas es que la energfa de inicio de grietas Wc s (mayor que o igual a) la energfa de deformacion liberada Wm. Cuando se satisface la condicion de que la energfa de inicio de grietas Wc s la energfa de deformacion liberada Wm, la grieta progresa y se produce la rotura por fragilidad.
Por otro lado, cuando se satisface la condicion de que la energfa de inicio de grietas Wc < la energfa de deformacion liberada Wm, la grieta no progresa y no se produce la rotura por fragilidad.
El grosor de la capa critica tiiCr que se va a obtener cuando no se producen grietas y no se produce rotura por fragilidad en la capa II se puede representar mediante la ecuacion 3.
[Ecuacion 3] fCr = 2rj&L
n _ _2
7t <7,
en la que tIICr indica el grosor de la capa critica de la capa II. yII indica la resistencia de la capa II, EII indica un modulo de Young del acero II y o1 indica la resistencia a la traccion.
En realidad, se calculo el grosor de la capa critica que se va a obtener cuando se usa acero martensitico como la capa II que sirve como capa intermedia de entre las capas empleadas en el acero de varias capas. Se calculo que el grosor de la capa critica tiiCr obtenida cuando la tenacidad a la fractura Kic de la martensita es 20 MPaVm, el modulo de Young EII es 200 GPa, y la resistencia a la traccion o1 es 1 GPa era 125 pm utilizando la ecuacion 4. Por tanto, se descubrio que, si el grosor de la capa es de 125 pm o menos, no se producen ni grietas ni rotura por fragilidad.
Por otro lado, la condicion de separacion del acero de varias capas puede estar representado por la resistencia interfacial ^nt y la resistencia a la separacion entre capas (energfa de separacion entre capas) Gd. La resistencia a la separacion entre capas Gd esta representada por la ecuacion 4.
[Ecuacion 4]
imagen2
en la que Gd indica la resistencia a la separacion entre capas y Gp indica una velocidad de liberacion de energfa de una grieta que se produce en angulo recto con la interfaz en el acero de varias capas.
Asimismo, la velocidad de liberacion de energfa Gp de la grieta que se produce en una direccion en angulo recto con la interfaz en el acero de varias capas esta representada por la ecuacion 5.
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[Ecuacion 5]
“eT
en la que Gp indica la velocidad de liberacion de energia de la grieta que se produce en angulo recto con una interfaz en la capa, tii indica el grosor de la capa II, En indica un modulo de Young del acero II y 01 indica la resistencia a la traccion.
La condicion de la fractura por separacion es que la resistencia interfacial Tint < resistencia a la separacion entre capas Gd. Cuando se satisface la condicion de que la resistencia interfacial Tint < resistencia a la separacion entre capas Gd, se produce fractura por separacion.
Por otro lado, cuando se satisface la condicion de que la resistencia interfacial Tint > resistencia a la separacion entre capas Gd, no se produce fractura por separacion.
En la practica se calculo la resistencia interfacial Tint obtenida cuando la capa II que usa el acero martensitico, de los aceros que se van a utilizar para el acero de varias capas, como capa intermedia. Se calculo que la resistencia interfacial Tint obtenida cuando el modulo de Young En del acero martensitico era 200 GPa, su resistencia a la traccion 01 era 1 GPa y el grosor de la capa critica tiiCr era 125 pm, era de 500 J/m2. Por tanto, se descubrio que si con las ecuaciones 4 y 5 se calculaba que la resistencia interfacial Tint era 500 J/m2 o mas, no se producia la fractura por separacion.
La figura 5 es un grafico que muestra el intervalo en el que se puede obtener el acero de varias capas libre de rotura por fragilidad y de rotura por separacion. La resistencia interfacial Tint relativa a la resistencia yii se representa en el eje de abscisas y la resistencia a la separacion entre capas Gd relativa a la resistencia tn en el eje de ordenadas. Las regiones 1 y 2 en el grafico son regiones en las que se produce rotura causada deslaminacion y la region 3 es una region en la que se produce rotura por fragilidad. Formando el acero de varias capas en la region 4 aparte de las regiones 1,2 y 3, se puede obtener el acero de varias capas libre de la rotura por fragilidad y la rotura causada por deslaminacion.
En realidad, el acero de varias capas libre de rotura por fragilidad y rotura causada por deslaminacion se puede obtener en las condiciones en las que, cuando el acero martensitico, elegido de entre los aceros que se van a utilizar para producir el acero de varias capas, se usa como la capa II que sirve como la capa intermedia, la tenacidad a la fractura Kic de la martensita es 20 MPaVm, el modulo de Young En del acero martensitico es 200 GPa, su resistencia a la traccion, o1, es 1 GPa, el grosor de la capa critica tIICr es 125pm o menor, la resistencia interfacial Yint es 500 J/m2 o mas.
A continuacion, se determina la condicion para la formacion de un acero de varias capas no solo libre de rotura por fragilidad y de rotura causada por deslaminacion sino tambien libre de estrangulamiento, que es otro tipo de fractura de un acero.
La figura 6 muestra un ejemplo de estrangulamiento que es uno de los tipos de fractura del acero de varias capas. La figura 6(A) es un ejemplo de un estrangulamiento completo y la figura 6(B) es un ejemplo de estrangulamiento local. La aparicion del estrangulamiento local provoca la inhibicion de la ductilidad de un acero de varias capas. Si se postula la hipotesis de que la aparicion de estrangulamiento sigue la condicion de la tension de von Mises, el estrangulamiento puede estar representado por la ecuacion 6.
[Ecuacion 6]
imagen3
imagen4
en la que k1 y k2 son constantes, n y n2 indican un exponente de endurecimiento de trabajo y £ indica la deformacion. La condicion de aparicion para el estrangulamiento local puede estar representada por la ecuacion 7.
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[Ecuacion 7]
imagen5
en la que £u indica la elongacion uniforme, ni indica un exponente de endurecimiento de trabajo, a indica la resistencia a la traccion, a indica una constante, t1 indica el grosor de la capa del acero I, tn indica el grosor de la capa del acero II, En indica un modulo de Young del acero II y Lii indica un diametro de particula del acero II.
Formando el acero de varias capas con la condicion para la aparicion de estrangulamiento completo o para la aparicion de estrangulamiento local, se puede obtener el acero de varias capas libre de estrangulamiento completo y de estrangulamiento local.
Con el fin de producir el acero de varias capas de la presente invencion pudiendo lograr la compatibilidad de sus propiedades que son incompatibles entre si, tal como en el caso de la resistencia alta y la ductilidad alta, y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes, se realizo la formacion del acero de varias capas segun las condiciones para formar el acero de varias capas libre de fractura por fragilidad y libre del estrangulamiento descrito anteriormente.
Mediante laminacion, combinando, como minimo, dos tipos de aceros que tienen cada uno composicion quimica y microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes y realizando el control de la heterointerfaz se produjo el acero de varias capas de la presente invencion o de acuerdo con ejemplos comparativos. La resistencia y la elongacion del acero utilizado para la combinacion de los aceros en capas se muestran en la tabla 1, siendo el acero C, el acero D y el acero F ejemplos comparativos.
[Tabla 1]
MATERIAL
RESISTENCIA (MPa) ELONGACION (%)
ACEROA
1200 8
ACEROB
1400 5
ACEROC
700 60
ACERO D
800 50
ACERO E
700 50
ACERO F
800 40
Los aceros utilizados para la combinacion de aceros estratificados no estan limitados a los mostrados en la tabla 1 y el acero G y el acero H descritos mas adelante tambien se utilizaron como ejemplos comparativos. La composicion del acero utilizado para la combinacion de aceros estratificados es del siguiente modo: el acero comprende uno o mas aceros A que comprenden, en % en masa, del 0,05 al 0,4 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, y el resto Fe e impurezas inevitables, el acero B que comprende, ademas de los componentes del acero A, uno o mas elementos de entre 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, el acero C que comprende, en % en masa, de 0,01 a 0,15 de C, de 0,01 a 1,0 de Si, de 0,01 a 2,0 de Mn, del 12,0 al 24,0 de Cr, del 4,0 al 14,0 de Ni, y del 0,001 al 0,3 de N, e impurezas inevitables, el acero D que comprende, ademas del acero C, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, el acero E que comprende, en % en masa, del 0,001 al 0,15 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, y el resto Fe e impurezas inevitables, el acero F que comprende, ademas del acero E, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 12,0% en masa de Cr, y del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, y del 0,001 al 0,3% en masa de N, el acero G que comprende, en % en masa, del 0,0001 al 0,05 de C, del 0,01 al 1,0 de Si, del 0,01 al 2,0 de Mn, e impurezas inevitables, y el acero H que comprende, ademas del acero G, uno o mas
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elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 12,0% en masa de Cr, del 0,01 al 40,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu.
El acero de varias capas se produjo mediante la utilizacion de, como minimo, dos aceros del acero A al acero H anteriores. Ademas, el acero de varias capas compuesto por la primera capa y la segunda capa se formaron utilizando del acero A al acero H anteriores.
La primera capa estaba compuesta por uno o mas tipos de los aceros A y B segun la presente invencion, cada uno con una resistencia alta. Asimismo, la segunda capa estaba compuesta por uno o mas aceros C, D, E, F, G y H, cada uno de ellos con una ductilidad alta, siendo los aceros C, D, F, G y H ejemplos comparativos. El acero en varias capas se produjo utilizando las capas primera y segunda.
Con el fin de obtener el acero de varias capas de la presente invencion pudiendo lograr la compatibilidad de sus propiedades que son incompatibles entre si, tal como en el caso de la resistencia alta y la ductilidad alta, y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes, se produjo el acero de varias capas de un modo que se satisficieron las condiciones determinadas anteriormente para formar el acero de varias capas libre de fractura por fragilidad y de estrangulamiento.
La Figura 7 es una fotografia de una seccion transversal del acero de varias capas formado tal como se ha descrito anteriormente. El acero utilizado para la combinacion del acero de varias capas es el acero 0,15C-1,5Mn y el acero SUS316. El numero de capas que constituyen el acero de varias capas es 11, su grosor de capa es de 125 pm y el grosor de cada capa que constituye el propio acero de varias capas es de 1 mm. En el ejemplo 1, la laminacion en caliente se realizo en el acero de varias capas hasta que su espesor alcanza los 5 mm y la laminacion en frio se realizo hasta que su grosor alcanza 1 mm a continuacion de haber alcanzado 5 mm y a partir de entonces.
La Figura 8 es un diagrama que muestra esquematicamente el procedimiento de laminacion del acero de varias capas. De acuerdo con el procedimiento de laminacion del ejemplo de la presente invencion, mediante la realizacion de laminacion en frio con el acero de varias capas -6- utilizando el rodillo para laminacion -5- en las condiciones para formar el acero de varias capas determinado anteriormente sobre el que se puede evitar la aparicion de fractura por fragilidad y/o estrangulamiento, se puede obtener el acero laminado de varias capas -7-. En el ejemplo 1, la laminacion en caliente se realizo con el acero laminado de varias capas -7- hasta que su grosor alcanzo los 5 mm y la laminacion en frio se realizo hasta que su grosor alcanzo 1 mm a continuacion de haber alcanzado 5 mm y a partir de entonces.
El tratamiento termico se realizo en el acero laminado de varias capas -7- que se produjo mediante laminacion del acero estratificado -6- en el que el tratamiento de laminacion y el tratamiento termico no se realizaron en el mismo tiempo, sino por separado. Las condiciones para el tratamiento termico fueron que el calentamiento se realizo a un intervalo de temperatura de entre 900°C a 1.250°C y durante un periodo de tiempo comprendido entre 1 segundo y 3.600 segundos. Mediante enfriamiento, a continuacion de la finalizacion del tratamiento termico, el acero laminado de varias capas -7- a temperatura ambiente mediante enfriamiento con agua o enfriamiento con aire se obtuvo el acero de varias capas. La resistencia a la traccion del acero de varias capas obtenido estaba en el intervalo entre 1000 MPa y 1100 MPa y la elongacion fue de 40% a 50%.
Ademas, en el ejemplo 1 de la presente invencion, se utilizo un tren de laminacion tipico como aparato de laminacion, sin embargo, se puede utilizar el aparato de laminacion, tal como un tren de laminacion con cizalladura anadida, un tren de laminacion reductor, un tren de laminacion reductor con fuerza de traccion, un tren de laminacion con estirado, un tren de laminacion en fusion. Ademas, en el ejemplo, las condiciones para el tratamiento termico son que el calentamiento se lleva a cabo a un intervalo de temperatura entre 900°C y 1.250°C, sin embargo, se puede realizar a un intervalo de temperatura entre varios cientos de °C y varios miles de °C. Ademas, las condiciones para el tratamiento termico son que el calentamiento se continua durante un periodo de tiempo entre 1 segundo a 3.600 segundos y el tiempo de retencion es de 1 segundo a 3.600 segundos, sin embargo, el empapado se lleva a cabo durante uno o mas segundos, el tiempo de retencion puede estar en un intervalo de varios segundos a varias horas. El acero de varias capas puede formarse, en caso necesario, sin el tratamiento termico a continuacion de haberse laminado. Ademas, en el ejemplo 1, el enfriamiento con aire se realiza a continuacion del tratamiento termico, sin embargo tambien se pueden utilizar el enfriamiento con agua o el enfriamiento con vapor de agua.
Por tanto, se ha confirmado que el procedimiento de produccion del acero de varias capas de la presente invencion tiene el efecto de que, mediante laminacion, combinando dos tipos de aceros cada uno de ellos con una composicion quimica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes, es posible obtener el acero de varias capas del tipo acero/laminado de acero en el que propiedades que son incompatibles entre si, tal como en el caso de la resistencia elevada y la ductilidad elevada, se pueden hacer compatibles entre si y que tenga una resistencia, ductilidad, soldabilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga excelentes.
Ejemplo 2 (demostrativo)
A continuacion, con el fin de demostrar los hechos descritos anteriormente, se produjo una serie de tipos de acero de varias capas y se verifico su resistencia y su ductilidad. En primer lugar, tal como se muestra en la tabla 2, una 5 serie de tipos de sustancias seleccionadas arbitrariamente de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, Ti, y N se mezcla de manera que contenga el porcentaje especificado en masa para producir los aceros A, B1, B2, B3, C, D, E, F, G para utilizarlos como materiales, siendo los aceros C, D, F y G ejemplos comparativos.
[Tabla 21
COMPOSICION QUIMICA (% EN PESO) DE LAS PIEZAS DE ENSAYO
MATERIAL
C Si Mn Cu Ni Cr Mo V Ti N
ACEROA
0,25 0,25 1,40 - - - - - - 0,008
ACERO B1
0,13 0,25 0,90 0,19 0,02 0,83 0,34 0,03 - 0,006
ACERO B2
0,06 0,49 0,40 - 0,10 12,20 - - - 0,01
ACERO B3
0,32 0,79 0,60 - - 13,52 - - - 0,007
ACEROC
0,04 0,41 0,84 - 8,51 18,11 - - - 0,04
ACERO D
0,02 0,63 0,84 - 12,09 17,73 2,12 - - 0,03
ACERO E
0,01 0,10 24,00 - - - - - - 0,003
ACERO F
0,02 0,01 0,16 - - - - - - 0,02
ACERO G
0,005 0,20 0,40 - - - - - 0,03 0,002
10
A continuacion, tal como se muestra en la figura 3, los aceros de varias capas de 19 tipos en total, incluyendo los aceros de varias capas que se muestran en los ejemplos 1 a 16 y los ejemplos comparativos 1 a 3 de la tabla 3, se produjeron utilizando el material 1 que contenia un tipo de los aceros A, B1, B2, y B3, y el material 2 que contenia un tipo de los aceros C, D, E, F, y G en combinacion para medir la resistencia y la ductilidad de estos aceros de varias 15 capas.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
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    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Acero de varias capas (10) que comprende una combinacion de dos tipos de aceros laminados y tratados con calor, teniendo cada uno de ellos una composicion qufmica y una microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes,
    caracterizado porque el acero de varias capas (10) esta formado por una primera capa (12) y una secunda capa (11),
    y porque la primera capa (12) comprende un primer acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, de 0,05 a 0,4 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 0,05 a 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas evitables y, opcionalmente, uno o mas elementos del 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, de 0,001 a 0,5% en masa de V, de 0,01 a 16,0% en masa de Cr, de 0,01 a 12,0% en masa de Ni, de 0,01 a 3,0% en masa de Mo, y de 0,01 a 1,0% en masa de Cu, y sirve como una capa de numero par,
    y porque la segunda capa (11) comprende un segundo acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, de 0,001 a 0,15 de C, de 0,05 a 3,0 de Si, de 15,0 a 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y sirve como capa de numero impar,
    y porque el acero de varias capas (10) esta comprendido por numeros impares de la primera capa (12) y la segunda capa (11) que estan apiladas de forma secuencial y alterna, estando cada primera capa (12) en medio de las segundas capas (11) estando la segunda capa (11) dispuesta sobre ambas superficies externas del acero de varias capas (10),
    y porque el primer acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, la fase de martensita que tiene una resistencia alta y una ductilidad baja,
    y porque el segundo acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como mmimo, una de las fases de austenita y de ferrita que tienen una resistencia baja y una ductilidad alta.
  2. 2. Acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas es igual a o menor que 125 pm.
  3. 3. Acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el numero de capas que constituyen el acero de varias capas es igual o superior a 5.
  4. 4. Procedimiento de produccion de un acero de varias capas (10), que comprende una etapa de laminacion, combinando dos tipos de aceros, cada uno de ellos con una composicion qufmica y microestructura diferentes o propiedades mecanicas diferentes para formar el acero de varias capas (10), apilando los numeros impares de una primera capa (12) y una segunda capa (11) de forma secuencial y alterna con cada primera capa (12) en medio de las segundas capas (11), de forma que las segundas capas (11) estan dispuestas sobre ambas superficies del acero de varias capas (10) para formar un acero estratificado,
    laminando el acero estratificado y
    realizando un tratamiento termico en el acero estratificado,
    en el que la primera capa (12) comprende un primer acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, de 0,05 al 0,4 del C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 0,05 al 3,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables y, opcionalmente, uno o mas elementos de entre 0,001 al 0,1% en masa de Nb, del 0,001 al 0,1% en masa de Ti, del 0,001 al 0,5% en masa de V, del 0,01 al 16,0% en masa de Cr, del 0,01 al 12,0% en masa de Ni, del 0,01 al 3,0% en masa de Mo, y del 0,01 al 1,0% en masa de Cu, y sirve como una capa de numero par,
    la segunda capa (11) comprende un segundo acero con forma de plancha que comprende, en % en masa, del 0,001 al 0,15 de C, del 0,05 al 3,0 de Si, del 15,0 al 32,0 de Mn, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y sirve como capa de numero impar,
    el primer acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, la fase de martensita que tiene resistencia elevada y ductilidad baja, y
    el segundo acero con forma de plancha tiene una microestructura que comprende, como fase principal, como mmimo, una de las fases de austenita y ferrita que tienen resistencia baja y ductilidad alta.
  5. 5. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el grosor de cada capa que constituye el acero de varias capas es igual a o menor que 125 pm.
  6. 6. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el numero de capas que constituyen el acero de varias capas (10) es igual a o mayor que 5.
  7. 7. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el acero de varias capas (10) se lamina hasta el grosor final de cada capa constituyente del acero de varias capas de menos de o igual a la mitad de su grosor original de cada capa antes de la laminacion.
  8. 8. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la laminacion es laminacion en caliente.
  9. 9. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la laminacion es laminacion en frfo.
  10. 10. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la laminacion es laminacion templada.
    5 11. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque la
    laminacion se debe realizar utilizando, como minimo, dos tipos de laminacion en caliente, laminacion en frio, laminacion templada en combinacion.
  11. 12. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el 10 tratamiento termico se realiza a continuacion de la laminacion.
  12. 13. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 10 u 11, caracterizado porque la laminacion templada se realiza a un intervalo de temperaturas entre 200°C y 750°C.
    15 14. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 9 u 11, caracterizado
    porque la laminacion en frio se realiza una o mas veces con una reduccion del grosor del 30% o mas.
  13. 15. Procedimiento de produccion del acero de varias capas (10), segun la reivindicacion 12, caracterizado porque en el tratamiento termico, el empapado se realiza a un intervalo de temperaturas entre 900°C y 1.250°C durante uno 20 o mas segundos y, a continuacion del tratamiento termico, el acero de varias capas (10) se enfria hasta temperatura ambiente.
    imagen1
    FIG.1
    TtCNICA ANTERIOR
    ACEROS DE RESISTENCIA ULTRA ALTA (>700 MPa)
    ACEROS DE RESISTENCIA ALTA
    ACEROS DE RESISTENCIA BAJA(<270IVPa)
    1200
    1700
    RESISTENCIA A LA TRACCION (MPa)
    imagen2
    imagen3
    as
    GRETA EN TUNEL
    rnmmm
    imagen4
    ROTURACAUSADA POR DESLAMINACION
    * ROTURA POR FRAGILIDAD
    MM
    mMmm
    \ j
    yibwMiii
    M!1 mk
    r?o\' ;. : ' '-'•' •;;
    PsSSWMp
    imagen5
    imagen6
    imagen7
    VAR IAS CAPAS (A+C 9 CAPAS)
    LAMINACION EN FRIO CAPA DE 1,0mm
    TRATAMIENTO TERMICO 2 min
    700
    800
    900
    1000 1100 1200 1300
    TEMPERATURA DEL
    TRATAMIENTO TERMICO (°C)
    20
    15
    VARIAS CAPAS (B1+C 11 CAPAS) LAMINACION EN FRIO CAPA DE 1,0mm TRATAMIENTO TERMICO 1.000°C x 2 min.
    ..i—......._i_____________<.........
    REDUCCION MAXIMA DE LA PASADA
    DURANTE LA LAMINACION (%)
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