ES2855500T3 - Procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una resistencia, ductilidad y conformabilidad mejoradas - Google Patents

Procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una resistencia, ductilidad y conformabilidad mejoradas Download PDF

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Abstract

Un procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una ductilidad mejorada y una conformabilidad mejorada, teniendo la lámina un límite elástico YS de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción TS de al menos 1180 MPa, una elongación total de al menos el 14 % y una relación de expansión del orificio HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos el 30 % mediante el tratamiento térmico y el recubrimiento de una lámina de acero donde la composición química del acero contiene en % en peso: 0,15 % <= C <= 0,25 % 1,2% <= Si <= 1,8% 2 % <= Mn <= 2,4 % 0,1% <= Cr <= 0,25% Al <= 0,5 % siendo el remanente Fe e impurezas inevitables, que incluyen menos del 0,05% de Ni, menos del 0,02% de Mo, menos del 0,03% de Cu, menos del 0,007% de V, menos del 0,0010% de B, menos del 0,005 % de S, menos del 0,02% de P, menos del 0,010% de N, estando el contenido de Nb limitado a un 0,05 % y estando el contenido de Ti limitado a un 0,05 %, y donde el tratamiento térmico y el recubrimiento comprenden las siguientes etapas: - recocer la lámina a una temperatura de recocido TA superior a Ac3 pero inferior a 1000 °C durante un tiempo de más de 30 s, - templar la lámina enfriándola hasta una temperatura de temple QT entre 250 °C y 350 °C, a una velocidad de enfriamiento suficiente para obtener una estructura que consista en martensita y austenita inmediatamente después del temple, siendo el contenido de martensita de al menos un 60 % y siendo el contenido de austenita tal que la estructura final consista en de un 3 % a un 15 % de austenita residual y de un 85 % a un 97 % de martensita y bainita sin ferrita, comprendiendo la estructura al menos un 65 % de martensita, - calentar la lámina hasta una temperatura de partición PT entre 430 °C y 480 °C y mantener la lámina a esta temperatura durante un tiempo de partición Pt entre 10 s y 90 s, - recubrir por inmersión en caliente la lámina, - enfriar la lámina hasta la temperatura ambiente.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una resistencia, ductilidad y conformabilidad mejoradas
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para producir una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una resistencia, ductilidad y conformabilidad mejoradas y a las láminas obtenidas con el procedimiento.
[0002] Para fabricar diversos equipos, tales como piezas de elementos estructurales de la carrocería y paneles de la carrocería para vehículos automóviles, es habitual usar láminas galvanizadas o galvanorrecocidas hechas de aceros DP (fase dual) o aceros TRIP (plasticidad inducida por transformación).
[0003] Por ejemplo, dichos aceros que incluyen una estructura martensítica y/o alguna austenita retenida y que contienen aproximadamente un 0,2% de C, aproximadamente un 2% de Mn, aproximadamente un 1,7% de Si tienen un límite elástico de aproximadamente 750 MPa, una resistencia a la tracción de aproximadamente 980 MPa, una elongación total de más del 8 %. Estas láminas se producen en una línea de recocido continuo templando desde una temperatura de recocido superior al punto de transformación Ac3 hasta una temperatura de sobreenvejecimiento superior al punto de transformación Ms y manteniendo la lámina a la temperatura durante un tiempo dado. A continuación, la lámina es galvanizada o galvanorrecocida.
[0004] Los documentos US 2006/011274, US 2008/251161, JP 2007/197819 y US 2010/221138 describen ejemplos de láminas de acero y procedimientos para producirlas.
[0005] Para reducir el peso de los automóviles con el fin de mejorar su eficiencia en consumo de combustible, en vista de la conservación global del medio ambiente, es deseable tener láminas que tengan un límite elástico y una resistencia a la tracción mejorados. Pero dichas láminas también deben tener una buena ductilidad y una buena conformabilidad y, más específicamente, una buena expandibilidad.
[0006] A este respecto, es deseable tener láminas que tengan un límite elástico YS de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción TS de aproximadamente 1180 MPa, una elongación total de al menos el 14% y una relación de expansión del orificio HER medida según la norma ISO 16630:2009 de más del 25 %. Debe enfatizarse que, debido a las diferencias en los procedimientos de medición, los valores de la relación de expansión del orificio HER según la norma ISO son muy diferentes y no son comparables con los valores de la relación de expansión del orificio A según la JFS T 1001 (norma de la Federación Japonesa de Hierro y Acero).
[0007] Por lo tanto, el objeto de la presente invención es proporcionar dicha lámina y un procedimiento para producirla.
- Por lo tanto, la invención se refiere a un procedimiento para producir una lámina de acero recubierta de alta resistencia según la reivindicación 1.
[0008] La composición química del acero puede, opcionalmente, satisfacer una o más de las siguientes condiciones: 0,17 % < C < 0,21 %, 1,3 % < Si < 1,6 % y 2,1 % < Mn < 2,3 %.
[0009] En una realización particular, la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente es una etapa de galvanizado.
[0010] En otra realización particular, la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente es una etapa de galvanizado con una temperatura de aleación TGA entre 480 °C y 510 °C.
[0011] Preferentemente, la velocidad de enfriamiento durante el temple es de al menos 20 °C/s, preferentemente de al menos 30 °C/s.
[0012] Preferentemente, el procedimiento comprende además, después de que la lámina se temple a la temperatura de temple y antes de calentar la lámina hasta la temperatura de partición PT, una etapa de mantener la lámina a la temperatura de temple durante un tiempo de mantenimiento comprendido entre 2 s y 8 s, preferentemente entre 3 s y 7 s.
[0013] La invención se refiere también a una lámina de acero recubierta según la reivindicación 9.
[0014] La composición química del acero puede, opcionalmente, satisfacer una o más de las siguientes condiciones: 0,17 % < C < 0,21 %, 1,3 % < Si < 1,6 % y 2,1 % < Mn < 2,3 %.
[0015] En una realización particular, la al menos una cara recubierta está galvanizada.
[0016] En otra realización particular, la al menos una cara recubierta está galvanorrecocida.
[0017] Preferentemente, el contenido de C en la austenita retenida es de al menos un 0,9 %, aún preferentemente de al menos un 1,0 % y hasta un 1,6 %.
[0018] El tamaño de grano austenítico promedio, es decir, el tamaño de grano promedio de la austenita retenida, es preferentemente de 5 mm o menos.
[0019] El tamaño promedio de los granos o bloques de martensita y bainita es preferentemente de 10 mm o menos.
[0020] Ahora, la invención se describirá en detalle, pero sin introducir limitaciones, y se ilustrará con la figura que es una micrografía del ejemplo 8.
[0021] Según la invención, la lámina se obtiene mediante laminado en caliente y opcionalmente laminado en frío de un semiproducto cuya composición química contiene, en % en peso:
- de un 0,15 % a un 0,25 %, y preferentemente más de un 0,17 %, preferentemente menos de un 0,21 % de carbono para asegurar una resistencia satisfactoria y mejorar la estabilidad de la austenita retenida que es necesaria para obtener una elongación suficiente. Si el contenido de carbono es demasiado alto, la lámina laminada en caliente es demasiado dura para laminar en frío y la soldabilidad es insuficiente.
- de un 1,2 % a un 1,8 %, preferentemente más de un 1,3 % y menos de un 1,6 %, de silicio con el fin de estabilizar la austenita, para proporcionar una fortificación de la solución sólida y retrasar la formación de carburos durante el sobreenvejecimiento sin formación de óxidos de silicio en la superficie de la lámina, que es perjudicial para la capacidad de recubrimiento.
- de un 2 % a un 2,4 % y preferentemente más de un 2,1 % y preferentemente menos de un 2,3 % de manganeso para tener una templabilidad suficiente para obtener una estructura que contenga al menos un 65% de martensita, una resistencia a la tracción de más de 1150 MPa y para evitar problemas de segregación que son perjudiciales para la ductilidad.
- de un 0,1 % a un 0,25% de cromo para aumentar la templabilidad y para estabilizar la austenita retenida para retrasar la formación de bainita durante el sobreenvejecimiento.
- hasta un 0,5% de aluminio, que normalmente se añade al acero líquido con el fin de su desoxidación. Preferentemente, el contenido de Al está limitado a un 0,05 %. Si el contenido de Al es superior al 0,5 %, la temperatura de austenitización será demasiado elevada como para alcanzarla y el acero se volverá industrialmente difícil de procesar.
[0022] El remanente es hierro y elementos residuales resultantes de la fabricación del acero. A este respecto, Ni, Mo, Cu, Nb, V, Ti, B, S, P y N al menos se consideran elementos residuales que son impurezas inevitables. Por lo tanto, sus contenidos son inferiores al 0,05 % para el Ni, 0,02 % para el Mo, 0,03 % para el Cu, 0,007 % para el V, 0,0010 % para el B, 0,005 % para el S, 0,02 % para el P y 0,010 % para el N. El contenido de Nb está limitado a un 0,05 % y el contenido de Ti está limitado a un 0,05 % porque, por encima de tales valores, se formarán precipitados grandes y se reducirá la conformabilidad, lo que hará que el 14 % de elongación total sea más difícil de alcanzar.
[0023] La lámina se prepara mediante laminado en caliente y, opcionalmente, laminado en frío según los procedimientos conocidos por los expertos en la materia.
[0024] Después del laminado, las láminas se decapan o limpian, a continuación, se tratan térmicamente y se recubren por inmersión en caliente.
[0025] El tratamiento térmico que se realiza preferentemente en una línea combinada de recocido continuo y recubrimiento por inmersión en caliente comprende las etapas de:
- recocer la lámina a una temperatura de recocido TA superior al punto de transformación Ac3 del acero y, preferentemente superior al Ac3 + 15 °C, es decir, superior a 850 °C para el acero según la invención, para asegurar que la estructura sea completamente austenítica, pero que sea inferior a 1000 °C a fin de no curtir demasiado los granos austeníticos. La lámina se mantiene a la temperatura de recocido, es decir, se mantiene entre TA -5 °C y TA 10 °C, durante un tiempo suficiente para homogeneizar la composición química y la estructura. Este tiempo es preferentemente de más de 30 s, pero no debe ser de más de 300 s.
- templar la lámina mediante el enfriado a una temperatura de temple QT inferior al punto de transformación Ms a una velocidad de enfriamiento suficiente como para evitar la formación de ferrita y bainita. La temperatura de temple está entre 250 °C y 350 °C con el fin de tener, justo después del temple, una estructura que consiste en martensita y austenita. Esta estructura contiene al menos un 60 % de martensita y contiene una cantidad suficiente de austenita para poder obtener una estructura final, es decir, después de la partición, recubrimiento y enfriamiento a la temperatura ambiente, que contiene entre un 3 y un 15 % de austenita residual y entre un 85 y un 97 % de la suma de martensita y bainita sin ferrita. Preferentemente, la velocidad de enfriamiento es mayor o igual a 20 °C/s, aún preferentemente mayor o igual a 30 °C/s, por ejemplo, de aproximadamente 50 °C/s. Basta con una velocidad de enfriamiento superior a 30 °C/s.
- recalentar la lámina hasta una temperatura de partición PT entre 430 °C y 480 °C y preferentemente entre 435 °C y 465 °C. Por ejemplo, la temperatura de partición puede ser igual a la temperatura a la que la lámina debe calentarse para ser recubierta por inmersión en caliente, es decir, entre 455 °C y 465 °C. La velocidad de recalentamiento puede ser alta cuando el recalentamiento se realiza por calentador de inducción, pero esa velocidad de recalentamiento no tuvo ningún efecto aparente en las propiedades finales de la lámina. Preferentemente, entre la etapa de temple y la etapa de recalentamiento de la lámina a la temperatura de partición PT, la lámina se mantiene a la temperatura de temple durante un tiempo de mantenimiento comprendido entre 2 s y 8 s, preferentemente entre 3 s y 7 s.
- mantener la lámina a la temperatura de partición PT durante un tiempo Pt entre 10 s y 90 s. Mantener la lámina a la temperatura de partición significa que, durante la partición, la temperatura de la lámina permanece entre PT - 20 °C y PT 20 °C,
- opcionalmente, ajustar la temperatura de la lámina enfriando o calentando con el fin de que sea igual a la temperatura a la que se debe calentar la lámina para ser recubierta por inmersión en caliente.
- recubrir por inmersión en caliente la lámina. El recubrimiento por inmersión en caliente puede ser, por ejemplo, por galvanizado o galvanorrecocido, pero es posible todo el recubrimiento por inmersión en caliente metálico siempre que las temperaturas a las que se lleva a la lámina durante el recubrimiento permanezcan por debajo de 650 °C. Cuando la lámina se galvaniza, se realiza con las condiciones habituales. Cuando la lámina está galvanorrecocida, la temperatura de aleación TGA no debe ser demasiado alta para obtener buenas propiedades mecánicas finales. Esta temperatura está preferentemente entre 500° y 580 °C.
- generalmente, después del recubrimiento, la lámina recubierta se procesa según la técnica conocida. En particular, la lámina se enfría a la temperatura ambiente.
[0026] Este tratamiento permite obtener una estructura final, es decir, después de particionar, recubrir y enfriar a la temperatura ambiente, que contiene entre un 3 y un 15 % de austenita residual y entre un 85 y un 97 % de la suma de martensita y bainita sin ferrita.
[0027] Además, este tratamiento permite obtener un mayor contenido de C en la austenita retenida, que es de al menos un 0,9 %, preferentemente incluso de al menos un 1,0 %, y hasta un 1,6 %.
[0028] Además, el tamaño de grano austenítico promedio es preferentemente de 5 mm o menos, y el tamaño promedio de los bloques de bainita o martensita es preferentemente de 10 mm o menos.
[0029] La cantidad de austenita retenida es, por ejemplo, de al menos un 7 %.
[0030] Con dicho tratamiento, se pueden obtener láminas recubiertas que tienen un límite elástico YS de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, una elongación total de al menos el 14% y una relación de expansión del orificio HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos el 30%.
[0031] Como ejemplo, una lámina de 1,2 mm de espesor que tiene la composición siguiente: C = 0,19 %, Si = 1,5% Mn = 2,2%, Cr = 0,2%, siendo el remanente Fe e impurezas, se fabricó mediante laminado en caliente y en frío. El punto de transformación Ms teórico de este acero es 375 °C y el punto Ac3 es 835 °C.
[0032] Las muestras de la lámina se trataron con calor mediante recocido, temple y partición, a continuación se galvanizaron o galvanorrecocieron y se midieron las propiedades mecánicas.
[0033] Las condiciones de tratamiento y las propiedades obtenidas se informan en la tabla I para las muestras que fueron galvanizadas y en la tabla II para las muestras que fueron galvanorrecocidas. Todos los aceros se han recocido por encima de Ac3 medido por procedimiento experimental. La lámina se mantuvo a la temperatura de temple durante aproximadamente 3 s. La velocidad de enfriamiento durante el temple fue de aproximadamente 50 °C/s.
Tabla I
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[0034] En estas tablas, TA es la temperatura de recocido, QT la temperatura de temple, PT la temperatura de partición, Pt el tiempo de mantenimiento a la temperatura de partición, TGA la temperatura de aleación para las láminas que están galvanorrecocidas, YS es el límite elástico, Ts es la resistencia a la tracción, UE es la elongación uniforme, Te es la elongación total y HER, en este caso, es la relación de elongación del orificio medida según la norma ISO 16630:2009. RA % es la cantidad de austenita retenida en la microestructura, el tamaño del grano RA es el tamaño promedio del grano de austenita, % de C en RA es el contenido de C en la austenita retenida y el tamaño del grano BM es el tamaño promedio de los granos o bloques de martensita y bainita.
[0035] Las muestras 1,2, 3 que se galvanizan muestran que para obtener las propiedades deseadas y más específicamente las propiedades de ductilidad, la temperatura de partición PT tiene que estar cerca de 460 °C, es decir, la temperatura para el recubrimiento por inmersión en caliente. Cuando la temperatura de partición PT es 400 °C o inferior o 500 °C o superior, en particular no está dentro del intervalo de 430-480 °C, la ductilidad se reduce fuertemente y no es suficiente.
[0036] Las muestras 4 a 9 y 11, que están galvanorrecocidas, muestran que una temperatura de partición de 460 °C o menos produce los mejores resultados.
[0037] Para el ejemplo 10, la partición se realizó calentando hasta 480 °C, a continuación enfriando linealmente hasta 460 °C.
[0038] Los ejemplos 4 a 8 muestran que, con una temperatura de partición de 460 °C y un tiempo de partición entre 10 s y 60 s, es posible obtener las propiedades deseadas de las láminas galvanorrecocidas. Estos ejemplos muestran también que es preferible tener un tiempo de partición menor de 60 s, preferentemente aproximadamente 30 s porque con dicho tiempo de partición, el límite elástico es mayor que 1000 MPa mientras que es menor que 1000 MPa cuando el tiempo de partición es de 60 s. La micrografía de la figura ilustra el ejemplo 8 que contiene un 7,5 % de austenita retenida y un 92,5 % de martensita+bainita.
[0039] Los ejemplos 10 y 11 muestran que, cuando la temperatura de partición está por encima de 460 °C, la ductilidad se reduce significativamente.
[0040] El ejemplo 9 muestra que, por el contrario, cuando la temperatura de partición es de 440 °C, es decir, inferior a 460 °C, las propiedades y, en particular, la ductilidad siguen siendo buenas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta de alta resistencia que tiene una ductilidad mejorada y una conformabilidad mejorada, teniendo la lámina un límite elástico YS de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción TS de al menos 1180 MPa, una elongación total de al menos el 14 % y una relación de expansión del orificio HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos el 30 % mediante el tratamiento térmico y el recubrimiento de una lámina de acero donde la composición química del acero contiene en % en peso:
0,15 % <C <0,25%
1,2% < Si < 1,8%
2 % < Mn < 2,4 %
0,1 % < Cr < 0,25%
Al < 0,5 %
siendo el remanente Fe e impurezas inevitables, que incluyen menos del 0,05% de Ni, menos del 0,02% de Mo, menos del 0,03% de Cu, menos del 0,007% de V, menos del 0,0010% de B, menos del 0,005 % de S, menos del 0,02% de P, menos del 0,010% de N, estando el contenido de Nb limitado a un 0,05 % y estando el contenido de Ti limitado a un 0,05 %,
y donde el tratamiento térmico y el recubrimiento comprenden las siguientes etapas:
- recocer la lámina a una temperatura de recocido TA superior a Ac3 pero inferior a 1000 °C durante un tiempo de más de 30 s,
- templar la lámina enfriándola hasta una temperatura de temple QT entre 250 °C y 350 °C, a una velocidad de enfriamiento suficiente para obtener una estructura que consista en martensita y austenita inmediatamente después del temple, siendo el contenido de martensita de al menos un 60 % y siendo el contenido de austenita tal que la estructura final consista en de un 3 % a un 15 % de austenita residual y de un 85 % a un 97 % de martensita y bainita sin ferrita, comprendiendo la estructura al menos un 65 % de martensita,
- calentar la lámina hasta una temperatura de partición PT entre 430 °C y 480 °C y mantener la lámina a esta temperatura durante un tiempo de partición Pt entre 10 s y 90 s,
- recubrir por inmersión en caliente la lámina,
- enfriar la lámina hasta la temperatura ambiente.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde la composición química del acero satisface la siguiente condición: 0,17 % < C < 0,21 %.
3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde la composición química del acero satisface la siguiente condición: 1,3 % < Si < 1,6 %.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la composición química del acero satisface la siguiente condición:
2,1 % < Mn < 2,3 %.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente es una etapa de galvanizado.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente es una etapa de galvanorrecocido, con una temperatura de aleación TGA entre 480 °C y 510 °C.
7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la velocidad de enfriamiento durante el temple es de al menos 20 °C/s, preferentemente de al menos 30 °C/s.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además, después de que la lámina se temple a la temperatura de temple y antes de que la lámina se caliente hasta la temperatura de partición PT, una etapa de mantener la lámina a la temperatura de temple QT durante un tiempo de mantenimiento comprendido entre 2 s y 8 s, preferentemente entre 3 s y 7 s.
9. Una lámina de acero recubierta, donde la composición química del acero contiene en % en peso: 0,15 % <C <0,25%
1,2% < Si < 1,8%
2,1 % < Mn < 2,3%
0,10 %< Cr < 0,25%
Al < 0,5 %
siendo el remanente Fe e impurezas inevitables, que incluyen menos del 0,05% de Ni, menos del 0,02% de Mo, menos del 0,03% de Cu, menos del 0,007% de V, menos del 0,0010% de B, menos del 0,005 % de S, menos del 0,02% de P, menos del 0,010% de N, estando el contenido de Nb limitado a un 0,05 % y estando el contenido de Ti limitado a un 0,05 %,
donde la estructura consiste en de un 3 % a un 15 % de austenita residual y de un 85 % a un 97 % de martensita y bainita, comprendiendo la estructura al menos un 65 % de martensita, estando la estructura sin ferrita, y donde al menos una cara de la lámina comprende un recubrimiento metálico, teniendo la lámina un límite elástico de al menos 800 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1180 MPa, una elongación total de al menos el 14 % y una relación de expansión del orificio HER según la norma ISO 16630:2009 de al menos el 30 %.
10. La lámina de acero recubierta según la reivindicación 9, donde la composición química del acero satisface la siguiente condición:
0,17 % <C <0,21 %.
11. La lámina de acero recubierta según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, donde la composición química del acero satisface la siguiente condición:
1,3 %< Si < 1,6%.
12. La lámina recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde la al menos una cara recubierta está galvanizada.
13. La lámina recubierta según la reivindicación 12, donde la al menos una cara recubierta está galvanorrecocida.
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