ES2831249T3 - Procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío y banda obtenida - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío que presenta una resistencia a la tracción superior a 600 MPa, caracterizado porque se lamina en caliente un desbaste plano cuya composición química comprende, en peso: 0,020% <= C <= 0,060% 0,300% <= Mn <= 0,500% 0,010% <= Cr <= 1.0% 0,010% <= Si <= 0,50% 0,010% <= P <= 0,100% 0,010% <= Al <= 0,10% N <= 0,010% siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, comprendiendo dicho procedimiento a continuación las etapas que consisten en: - bobinar la banda en caliente obtenida a una temperatura comprendida entre 550 y 850°C, y a continuación - laminar en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 60 y el 90%, y a continuación - recocer la banda de forma continua en el dominio intercrítico, y - enfriarla hasta la temperatura ambiente, en una o varias etapas, estando la velocidad de enfriamiento comprendida entre 600°C y la temperatura ambiente comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s, - y opcionalmente a someterla a un revenido a una temperatura inferior a 300°C, de modo que las operaciones de recocido y de enfriamiento se realizan de tal manera que la banda comprende finalmente del 1 al 15% de martensita.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío y banda obtenida
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío, de manera que la banda puede obtenerse por este procedimiento, que está destinado más en particular a la fabricación de piezas para automóvil por embutición profunda.
[0002] En estos últimos años se desarrollaron aceros de muy alta resistencia, especialmente con el fin de dar respuesta a las necesidades específicas de la industria del automóvil, que son en particular la reducción del peso y por tanto del grosor de las piezas, y la mejora de la seguridad que pasa por el aumento de la resistencia a la fatiga y de la resistencia a los choques de las piezas. Además, estas mejoras no deben deteriorar la aptitud para la conformación de las chapas usadas para la fabricación de las piezas.
[0003] Así, se han desarrollado aceros llamados de fase dual, cuya estructura es ferrito-martensítica y que permiten alcanzar resistencias a la tracción Rm de más de 400 MPa, pero que no presentan buenas características de capacidad de embutición, ya que su coeficiente de anisotropía r medio es cercano a 1. Además, su aptitud para la galvanización es deficiente, ya que contienen altas cantidades de silicio o de otros elementos perjudiciales para la buena humectación de la superficie de la banda por el zinc en fusión.
[0004] Además, se conocen aceros cuya estructura es monofásica y que presentan un coeficiente medio de anisotropía r elevado, pero que tienen características mecánicas medias, con una resistencia a la tracción Rm que no supera 400 MPa. Por ejemplo, el documento US4336080 reivindica un procedimiento de fabricación de un fleje de acero laminado en frío de alta resistencia, que presenta una excelente aptitud para el conformado a presión, que comprende las etapas siguientes: preparación de un desbaste plano de un acero calmado con aluminio constituido esencialmente, en porcentaje ponderal, del 0,02 al 0,06% de carbono, del 0,06 al 0,25% de manganeso, del 0,01 al 0,06% de fósforo, del 0,020 al 0,060% de aluminio soluble, hasta el 0,005% de nitrógeno, siendo el complemento hierro e impurezas; laminado en caliente de dicho desbaste plano para preparar una banda de acero laminada en caliente; bobinado de dicha banda de acero a una temperatura comprendida entre 650°C y 770°C; laminado en frío de dicha banda de acero laminada en caliente y bobinada para preparar una banda de acero laminada en frío; sometimiento de dicha banda de acero laminada en frío a un tratamiento de recocido continuo durante un tiempo determinado a una temperatura comprendida entre 750°C y 880°C, enfriamiento de dicho fleje de acero laminado en frío recocido en continuo a una velocidad de enfriamiento de al menos: exp {-5,6 (C % en peso y Mn % en peso/6 Si % en peso/24)+7,8}. °C/s a una temperatura comprendida entre Ar1 y Ar1 60°C para convertir su estructura en una estructura de fase dual que comprende una fase de ferrita y una fase de transformación a baja temperatura; sometimiento de dicho fleje de acero laminado en frío que tiene dicha estructura de fase dual a un tratamiento de sobreenvejecimiento durante un tiempo determinado a una temperatura comprendida entre 260°C y 360°C.
El documento EP0969112 es una patente que suministra chapas de acero de alta resistencia que presenta propiedades de absorción de energía de impacto elevadas, como materiales de acero, para su uso con el fin de conformar y trabajar en piezas tales como los elementos frontales de los automóviles que absorben la energía de impacto en caso de colisión, así como un procedimiento para su producción. Las chapas de acero de alta resistencia mecánica de la invención que presentan propiedades de absorción de energía de choque elevadas son chapas de acero de alta resistencia mecánica con una limitación de flujo elevada durante la deformación dinámica, caracterizadas porque la microestructura de las chapas de acero en su forma final es una microestructura compuesta por una mezcla de ferrita y/o bainita, una de cuyas fases es dominante, y una tercera fase que comprende austenita retenida en una fracción volumétrica comprendida entre el 3% y el 50%, en la que el valor medio adin (MPa) de la limitación de flujo en el intervalo de 3-10% de la limitación equivalente cuando se deforma en un intervalo de velocidad de deformación de 5 x 102 a 5 * 103 (1/s) después de predeformación superior al 0% e inferior o igual al 10% de la limitación equivalente, cumple la desigualdad: adin > 0766 * TS+250 expresada en términos de limitación máxima TS (MPa) en el ensayo de tracción estática medida en un intervalo de velocidad de deformación de 5 * 10'4 a 5 * 10'3 (1/s) sin deformación, y el coeficiente de templado de trabajo entre el 1% y el 5% de una limitación es al menos 0,080.
[0005] A modo de ejemplo se citarán los aceros de bajo nivel de intersticiales, o los aceros calmados con aluminio y refosforados. Los intentos de amplificar los mecanismos de endurecimiento clásicos para estos tipos de acero no permiten mejorar sustancialmente sus características mecánicas. Además, este acero debe ser apto para la galvanización.
[0006] El objeto de la presente invención es remediar los inconvenientes de los aceros de la técnica anterior proponiendo una banda de acero apta para la embutición profunda, y que presente a la vez excelentes características mecánicas y excelentes características de anisotropía.07
[0007] Para este fin, la invención tiene como primer objeto un procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío caracterizado porque se lamina en caliente un desbaste plano cuya composición química comprende, en peso:
0,020%
< C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración,
comprendiendo dicho procedimiento a continuación las etapas que consisten en:
- bobinar la banda en caliente obtenida a una temperatura comprendida entre 550 y 850°C, y a continuación
- laminar en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 60 y el 90%, y a continuación
- recocer la banda de forma continua en el dominio intercrítico, y
- enfriarla hasta la temperatura ambiente, en una o varias etapas, estando la velocidad de enfriamiento comprendida entre 600°C y la temperatura ambiente comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s,
- y opcionalmente a someterla a un revenido a una temperatura inferior a 300°C,
de modo que las operaciones de recocido y de enfriamiento se realizan de tal manera que la banda comprende finalmente del 1 al 15% de martensita.
[0008] En una realización preferida, la composición química comprende, además, en peso:
0,020% < C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración.
[0009] El procedimiento según la invención puede comprender también las características siguientes, solas o en combinación:
- se lamina la banda en caliente a una temperatura superior a 850°C,
- se bobina la banda en caliente a una temperatura comprendida entre 550 y 750°C,
- se lamina en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 70 y el 80%,
- el recocido continuo de la banda laminada en frío comprende una fase de ascenso de temperatura, y a continuación una fase de mantenimiento a una temperatura predeterminada,
- la temperatura de mantenimiento está comprendida entre Ac1 y 900°C,
- la temperatura de mantenimiento está comprendida entre 750 y 850°C,
- el enfriamiento hasta la temperatura ambiente comprende un primer enfriamiento lento entre la temperatura de mantenimiento y 600°C, en el curso del cual la velocidad de enfriamiento es inferior a 50°C/s, y a continuación un segundo enfriamiento a una velocidad más elevada y comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s, hasta la temperatura ambiente.
[0010] La invención tiene asimismo como segundo objeto una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío, cuya composición química comprende, en peso:
0,020%< C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, incluyendo la banda además entre el 1% y el 15% de martensita.
[0011] En una realización preferida, la composición de la banda es la siguiente:
0,020% < C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100% 0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración.
[0012] La banda según la invención puede comprender también las características siguientes, solas o en combinación:
- presenta una resistencia a la tracción Rm superior a 450 MPa,
- presenta una resistencia a la tracción Rm superior a 500 MPa,
- presenta una resistencia a la tracción Rm superior a 600 MPa,
- presenta un coeficiente de anisotropía medio r superior a 1,1,
- presenta un coeficiente de anisotropía medio r superior a 1,3,
- incluye además entre el 1% y el 10% de martensita,
- incluye además entre el 5% y el 8% de martensita.
[0013] Finalmente, la invención tiene como tercer objeto el uso de una banda de acero según la invención, para la fabricación de piezas para automóvil por embutición profunda.
[0014] El procedimiento según la invención consiste en laminar en caliente un desbaste plano de composición específica, y a continuación en bobinar la banda en caliente obtenida a una temperatura comprendida entre 550 y 850°C.
[0015] De hecho, este bobinado a temperatura elevada es favorable al desarrollo de lo que se denomina una textura, es decir, una estructura anisótropa. Dicho bobinado permite de hecho proceder a la coalescencia de la precipitación de cementita Fe3C, y reducir la cantidad de carbono puesta de nuevo en solución durante el recocido, perjudicial para el desarrollo de la textura de recristalización.
[0016] El procedimiento consiste a continuación en laminar en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 60 y el 90%, y a continuación en recocer la banda de forma continua en el dominio intercrítico.
[0017] El recocido intercrítico permite volver a disolver la mayoría de las fases carburadas formadas durante el bobinado después de la recristalización. El hecho de que la austenización y la disolución de las fases carburadas intervengan después de la recristalización permite conservar el carbono atrapado durante la recristalización y liberarlo una vez que se desarrolla la textura de la ferrita recristalizada. Por tanto, la textura no se verá afectada por el carbono en solución sólida, como en el caso de un bobinado a baja temperatura, sino tan solo alterada por el carácter isótropo de la martensita formada.
[0018] El procedimiento consiste a continuación en enfriar la banda hasta la temperatura ambiente, en una o varias etapas, estando la velocidad de enfriamiento comprendida entre 600°C y la temperatura ambiente comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s, y opcionalmente a someterla a un revenido a una temperatura inferior a 300°C.
[0019] Esta fase de enfriamiento rápido permite formar martensita en la estructura del acero, lo que permite obtener muy buenas características mecánicas. Sin embargo, se procura no formar demasiada martensita, ya que es isótropa y, por tanto, reduce el coeficiente medio de anisotropía r.
[0020] El temple al agua permite formar proporciones importantes de fases carburadas con respecto al análisis considerado. Se puede reducir la fracción de fase martensítica formada reduciendo la temperatura de mantenimiento hacia valores más bajos en el dominio intercrítico, o bien llevando a cabo un enfriamiento lento antes del templado.
[0021] También se puede reducir la diferencia de dureza entre la matriz ferrítica y la fase martensítica, enfriando más lentamente la banda o llevando a cabo revenido corto, del orden de un minuto, de la fase martensítica formada después del temple al agua.
[0022] Debe observarse que este revenido no es en ningún caso un tratamiento de sobreenvejecimiento como se encuentra en la técnica anterior. De hecho, estos tratamientos de sobreenvejecimiento (u overaging, en inglés), que en general se efectúan entre 300 y 500°C, tienen principalmente como efecto la supresión de la martensita que es un elemento esencial de la presente invención. El revenido realizado opcionalmente según la invención, consiste en precipitar una parte del carbono en solución sólida atrapado en la martensita, sin disminuir la proporción de esta martensita. La temperatura máxima de este revenido es de 300°C, preferentemente de 250°C, y preferentemente más
en particular, de 200°C.
[0023] La composición según la invención comprende carbono en un contenido comprendido entre el 0,010% y el 0,100%. Este elemento es esencial para la obtención de buenas características mecánicas, pero no debe estar presente en una cantidad demasiado alta, ya que generaría la formación de una proporción demasiado importante de fase martensítica.
[0024] Comprende también manganeso en un contenido comprendido entre el 0,050% y el 1,0%. El manganeso mejora el límite de elasticidad del acero a la vez que reduce fuertemente su ductilidad, con lo cual se limita su contenido.
[0025] La composición comprende asimismo cromo en un contenido comprendido entre el 0,010% y el 1,0% que ayuda a la formación buscada de martensita.
[0026] La composición comprende asimismo silicio en un contenido comprendido entre el 0,010% y el 0,50%. Mejora de manera importante el límite de elasticidad del acero a la vez que reduce débilmente su ductilidad y deteriora su capacidad de revestimiento.
[0027] La composición comprende asimismo fósforo en un contenido comprendido entre el 0,001% y el 0,20%, que endurece la microestructura sin afectar a su textura.
[0028] La composición comprende asimismo aluminio en un contenido comprendido entre el 0,010% y el 0,10% que evita el envejecimiento al atrapar el nitrógeno.
Ejemplos
[0029] A modo de ejemplo no limitativo, y con el fin de ilustrar mejor la invención, se han elaborado dos clases de acero.
Su composición, en milésimas de porcentaje, se proporciona en la tabla siguiente:
El resto de las composiciones está constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración. Abreviaturas empleadas
[0030]
Re: límite de elasticidad en MPa
Rm: resistencia a la tracción en MPa
r: coeficiente de anisotropía
P: meseta
%m: proporción de martensita
[0031] Después de elaboración, se sometieron a austenización las dos clases a 1.250°C durante una hora, con el fin de obtener una puesta en solución de los nitruros de aluminio. A continuación, se laminaron en caliente los desbastes planos de tal manera que la temperatura de fin de laminado sea superior a 900°C, siendo el valor de AR3 de 870°C aproximadamente para las dos clases.
[0032] A continuación, se enfriaron las bandas laminadas en caliente por temple al agua, a una velocidad de enfriamiento del orden de 25°C/s, hasta alcanzar la temperatura de bobinado. La clase A se bobinó a 720°C, mientras que una muestra de la clase B se bobinó a 550°C y la otra a 720°C.
[0033] A continuación, se laminaron en frío las diferentes muestras hasta alcanzar una tasa de reducción de 75%, y después se sometieron a un tratamiento de recocido a una temperatura de mantenimiento de 750°C para algunas muestras, y de 800°C para otras. Se efectuó entonces el enfriamiento hasta la temperatura ambiente a una velocidad del orden de 25°C/s, por temple al agua.
[0034] A continuación, se miden las características mecánicas y de anisotropía de los aceros obtenidos.
[0035] Los resultados se reúnen en la tabla siguiente:
[0036] La anisotropía global de un acero se determina mediante el coeficiente de anisotropía normal r medio:
r = rT+rL+2(r45°))
4
en el que rT designa el valor de r medido en la dirección transversal en el sentido de laminado de la banda, rL designa el valor de r medido en la dirección longitudinal al sentido de laminado de la banda,
r45° designa el valor de r medido a 45° con respecto al sentido de laminado de la banda.
[0037] Para una temperatura de bobinado de 720°C, en la figura 1 se ha representado la relación existente entre el coeficiente r medio y la tasa de martensita formada %m para las clases A y B. Se constata que cuanto más aumenta la tasa de martensita, más isótropo es el acero.
[0038] Además, se constata que cuanto mayor es la tasa de martensita, más elevadas son las características mecánicas.
[0039] A modo de ilustración, en la figura 2 se representa la microestructura obtenida con la clase A, bobinada a 720°C, y a continuación recocida a 750°C para obtener finalmente el 12% de martensita. En ella se distingue tanto la ferrita como la martensita formada.
Claims (16)
1. Procedimiento de fabricación de una banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío que presenta una resistencia a la tracción superior a 600 MPa, caracterizado porque se lamina en caliente un desbaste plano cuya composición química comprende, en peso:
0,020% < C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1.0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, comprendiendo dicho procedimiento a continuación las etapas que consisten en:
- bobinar la banda en caliente obtenida a una temperatura comprendida entre 550 y 850°C, y a continuación - laminar en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 60 y el 90%, y a continuación - recocer la banda de forma continua en el dominio intercrítico, y
- enfriarla hasta la temperatura ambiente, en una o varias etapas, estando la velocidad de enfriamiento comprendida entre 600°C y la temperatura ambiente comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s,
- y opcionalmente a someterla a un revenido a una temperatura inferior a 300°C,
de modo que las operaciones de recocido y de enfriamiento se realizan de tal manera que la banda comprende finalmente del 1 al 15% de martensita.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se lamina la banda en caliente a una temperatura superior a 850°C.
3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque se bobina la banda en caliente a una temperatura comprendida entre 550 y 750°C.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se lamina en frío la banda con una tasa de reducción comprendida entre el 70 y el 80%.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el recocido continuo de la banda laminada en frío comprende una fase de ascenso de temperatura, y a continuación una fase de mantenimiento a una temperatura predeterminada.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la temperatura de mantenimiento está comprendida entre Ac1 y 900°C.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado además porque la temperatura de mantenimiento está comprendida entre 750 y 850°C,
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el enfriamiento hasta la temperatura ambiente comprende un primer enfriamiento lento entre la temperatura de mantenimiento y 600°C, en el curso del cual la velocidad de enfriamiento es inferior a 50°C/s, y a continuación un segundo enfriamiento a una velocidad más elevada y comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s, hasta la temperatura ambiente.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el segundo enfriamiento se realiza por temple al agua.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el enfriamiento se efectúa en una sola operación, a una velocidad de enfriamiento comprendida entre 100°C/s y 1.500°C/s.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el enfriamiento se realiza por temple al agua.
12. Banda de acero de fase dual con estructura ferrito-martensítica, laminada en frío, que presenta una resistencia a la tracción Rm superior a 600 MPa, un coeficiente de anisotropía medio r superior a 1,1, cuya composición química comprende, en peso:
0,020% < C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
0,010% < Al < 0,10%
N < 0,010%
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, incluyendo la banda además entre el 1% y el 15% de martensita.
13. Banda de acero según la reivindicación 12, caracterizada además porque presenta un coeficiente de anisotropía medio r superior a 1,3.
14. Banda de acero según cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizada porque incluye además entre el 1% y el 10% de martensita,
15. Banda de acero según la reivindicación 14, caracterizada porque incluye además entre el 5% y el 8% de martensita.
16. Uso de una banda de acero según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, para la fabricación de piezas para automóvil por embutición profunda.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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