ES2894332T3 - Un producto de banda moldeada delgada con adiciones de microaleación y método para fabricar el mismo - Google Patents

Abstract

Una banda de acero delgada enrollada, laminada en caliente que tiene un grosor de menos de 3,0 mm y que comprende, en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,0 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en niobio entre 0,01 % y 0,20 % y vanadio entre 0,01 % y 0,20 %, y opcionalmente molibdeno entre 0,05 % y 0,50 %, el resto es Fe e impurezas inevitables, y que tiene más de 70 % de niobio y/o vanadio en disolución sólida después del enrollado y el enfriamiento y que tiene una microestructura mayoritaria compuesta de bainita y ferrita acicular, la banda de acero tiene un límite de elasticidad de al menos 340 MPa y un alargamiento total de al menos 6 %.

Description

DESCRIPCIÓN

Un producto de banda moldeada delgada con adiciones de microaleación y método para fabricar el mismo Antecedentes y resumen

Esta invención se refiere a la fabricación de una banda moldeada delgada de alta resistencia, y el método para fabricar tal banda moldeada mediante una moldeadora de rodillos gemelos.

En una moldeadora de rodillos gemelos, el metal fundido se introduce entre un par de rodillos de moldeo enfriados internamente que rotan en sentidos contrarios para que las capas metálicas se solidifiquen en las superficies de los rodillos que se mueven, y se unan en la línea de contacto entre ellas para producir un producto de banda solidificado, que se suministra hacia abajo desde la línea de contacto entre los rodillos de moldeo. El término "línea de contacto" se usa en la presente descripción para referirse a la región general en la cual los rodillos de moldeo están lo más próximos entre sí. El metal fundido se vierte desde un cucharón a través de un sistema de suministro de metal que comprende una artesa y una boquilla central que se ubica por encima de la línea de contacto para formar una piscina de moldeo de metal fundido, que se soporta en las superficies de moldeo de los rodillos por encima de la línea de contacto y que se extiende a lo largo de la longitud de la línea de contacto. Esta piscina de moldeo usualmente se confina entre placas laterales refractarias o diques que se mantienen en acoplamiento deslizante con las superficies de los extremos de los rodillos para bloquear los dos extremos de la piscina de moldeo contra el flujo de salida.

En el pasado, se fabricaban bandas delgadas de alta resistencia con bajo contenido de carbono con límites de elasticidad de 413 MPa (60 ksi) y mayores, en grosores de banda de menos de 3,0 mm, mediante recocido por recuperación de bandas laminadas en frío. La laminación en frío se requería para producir el grosor deseado. La banda laminada en frío, luego se recocía por recuperación para mejorar la ductilidad sin reducir significativamente la resistencia. Sin embargo, la ductilidad delgada de la banda resultante todavía era relativamente baja y la banda no alcanzaría niveles de alargamiento total por encima de 6 %, lo cual se requiere para los aceros estructurales de acuerdo con ciertos códigos de construcción para componentes estructurales. Tal acero con bajo contenido de carbono, laminado en frío recocido por recuperación era generalmente adecuado sólo para operaciones de conformado simples, por ejemplo, conformado por laminación y doblado. Producir esta banda de acero con una ductilidad mayor no era técnicamente factible en estos grosores delgadales de banda mediante el uso de la ruta de fabricación de laminación en frío y recocido por recuperación.

En el pasado, el acero de alta resistencia se fabricaba mediante microaleación con elementos, tales como niobio, vanadio, titanio o molibdeno, y la laminación en caliente para alcanzar el grosor y el nivel de resistencia deseados. Tal microaleación requería niveles altos y costosos de niobio, vanadio, titanio o molibdeno y daba como resultado la formación de una microestructura de bainita-ferrita típicamente con 10 a 20 % de bainita. Ver la Patente de los Estados Unidos Núm. 6,488,790. Alternativamente, la microestructura podría ser ferrita con 10-20 % de perlita. La laminación en caliente de la banda daba como resultado la precipitación parcial de estos elementos de aleación. Como un resultado, se requerían niveles de aleación relativamente altos de los elementos Nb, V, Ti o Mo para proporcionar suficiente endurecimiento por envejecimiento de la microestructura transformada predominantemente ferrítica para alcanzar los niveles de resistencia requeridos. Estos altos niveles de microaleación aumentaban significativamente las cargas de laminación en caliente necesarias y restringían el intervalo de grosor de la banda laminada en caliente que podría producirse de manera económica y práctica. Tal banda aleada de alta resistencia podría usarse directamente para galvanizar después del decapado para el intervalo más grueso del extremo del producto mayor que 3 mm de grosor.

Sin embargo, fabricar bandas de acero de alta resistencia de menos de 3 mm de grosor con adiciones de Nb, V, Ti o Mo a la química del acero base era muy difícil, particularmente para bandas anchas debido a las altas cargas de laminación, y no siempre comercialmente factible. En el pasado, se necesitaban grandes adiciones de estos elementos para fortalecer el acero y, adicionalmente, estas provocaban reducciones en las propiedades de alargamiento del acero. Las bandas laminadas en caliente microaleadas de alta resistencia en el pasado eran relativamente ineficaces para proporcionar resistencia, relativamente caras y, a menudo, requerían adiciones compensatorias de otros elementos de aleación.

Adicionalmente, se requería generalmente de la laminación en frío para grosores de banda más bajos; sin embargo, la alta resistencia de la banda laminada en caliente dificultaba tal laminación en frío debido a las altas cargas de laminación en frío que se requerían para reducir el grosor de la banda. Estos altos niveles de aleación también aumentaron considerablemente la temperatura de recocido de recristalización necesaria, requieren de líneas de recocido costosas de construir y operar capaces de alcanzar la alta temperatura de recocido necesaria para el recocido de recristalización completo de la banda laminada en frío.

En resumen, la aplicación de prácticas de microaleación previamente conocidas con elementos de Nb, V, Ti o Mo para producir bandas delgadas de alta resistencia no podía producirse comercialmente de manera económica debido a los altos costos de aleación, la relativa ineficiencia de las adiciones de elementos, las dificultades con las altas cargas de laminación en la laminación en caliente y la laminación en frío, y las altas temperaturas de recocido de recristalización requeridas.

El documento JP H05 171293, el cual se considera que representa la técnica anterior más cercana, describe un producto de acero enrollado, el cual incluye P, S, Ti, B y N como elementos de aleación deliberados.

Otros productos de la técnica anterior se describen en los documentos JP H10 30149, JP 2001 172745, WO 03/024644 y WO 02/26422.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una banda de acero delgada enrollada laminada en caliente de acuerdo con la reivindicación 1.

La banda de acero puede tener una resistencia a la tracción de al menos 410 MPa. El producto de acero puede tener un límite de elasticidad de al menos 485 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 520 MPa. El alargamiento total puede ser de al menos 10 %.

Opcionalmente, la banda delgada de acero moldeada puede tener pequeñas partículas de óxido de silicio y hierro que se distribuyen a través de la microestructura del acero que tiene un tamaño promedio de partícula de menos de 50 nanómetros.

La banda de acero delgada moldeada puede tener un grosor de menos de 2,5 mm. Alternativamente, la banda de acero delgada moldeada puede tener un grosor de menos de 2,0 mm. En aun otra alternativa, la banda de acero delgada moldeada puede tener un grosor en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 2 mm. La presente invención proporciona adicionalmente un método para preparar una banda de acero moldeada delgada enrollada de acuerdo con la reivindicación 9.

El método puede proporcionar en la banda de acero enrollada, pequeñas partículas de óxido de silicio y hierro que se distribuyen a través de la microestructura del acero que tienen un tamaño promedio de partícula de menos de 50 nanómetros. El paso de enrollar la banda de acero laminada en caliente se puede llevar a cabo a una temperatura de menos de 650 °C.

El método puede comprender adicionalmente el paso de endurecimiento por envejecimiento de la banda de acero para aumentar la resistencia a la tracción a una temperatura de al menos 550 °C. Alternativamente, el endurecimiento por envejecimiento puede ocurrir a una temperatura entre 625 °C y 800 °C. En aun otra alternativa, el endurecimiento por envejecimiento puede ocurrir a una temperatura entre 650 °C y 750 °C.

El método puede proporcionar la banda de acero endurecida por envejecimiento que tiene partículas de carbonitruro de niobio con un tamaño promedio de partícula de menos de 10 nanómetros. Alternativamente, la banda de acero endurecida por envejecimiento no tiene sustancialmente partículas de carbonitruro de niobio mayores de 50 nanómetros.

Para que la invención pueda describirse con más detalle, se darán ciertos ejemplos ilustrativos con referencia a las figuras adjuntas en los cuales:

La Figura 1 ilustra una instalación de moldeado de bandas que incorpora un molino de laminado en caliente y un enrollador en línea;

La Figura 2 ilustra detalles de la moldeadora de bandas de rodillos gemelos;

La Figura 3 ilustra el efecto de la temperatura de enrollado sobre el límite de elasticidad de la banda con y sin adiciones de niobio o vanadio;

La Figura 4a es una micrografía óptica de una banda de acero con niobio;

La Figura 4b es una micrografía óptica de una banda de acero UCS SS Grado 380 estándar;

La Figura 5 es un gráfico que muestra el efecto del endurecimiento por envejecimiento posterior al enrollado sobre el límite de elasticidad de la presente banda de acero;

La Figura 6 es un gráfico que muestra el efecto del ciclo de endurecimiento por envejecimiento simulado posterior al enrollado sobre el límite de elasticidad y la resistencia a la tracción de la presente banda de acero,

La Figura 7 es un gráfico que muestra el efecto de la reducción de la laminación en caliente sobre el límite de elasticidad; y

La Figura 8 es un gráfico que muestra el efecto del límite de elasticidad sobre el alargamiento;

La Figura 9 es un gráfico que muestra el efecto de la cantidad de niobio sobre el límite de elasticidad a niveles bajos de niobio;

La Figura 10a muestra micrografías de la microestructura de una primera muestra de acero con niobio al 0,065 % después de la laminación en caliente;

La Figura 10b muestra micrografías de la microestructura de una segunda muestra de acero con niobio al 0,065 % después de la laminación en caliente;

La Figura 11 es un gráfico que muestra el efecto de la cantidad de niobio sobre el límite de elasticidad;

La Figura 12 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura de enrollado sobre el límite de elasticidad;

La Figura 13 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura de enrollado sobre el límite de elasticidad a niveles bajos de niobio;

La Figura 14 es un gráfico que muestra el efecto de las condiciones de tratamiento térmico sobre el límite de elasticidad;

La Figura 15 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura de tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento sobre el límite de elasticidad del acero con niobio al 0,026 %;

La Figura 16 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura máxima de envejecimiento sobre el límite de elasticidad del acero con niobio al 0,065 %;

La Figura 17 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura máxima de envejecimiento y el tiempo de espera sobre el límite de elasticidad del acero con niobio al 0,065 %;

La Figura 18 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura máxima de envejecimiento y el tiempo de espera sobre el límite de elasticidad del acero con niobio al 0,084 %;

La Figura 19 es un gráfico que muestra el efecto del límite de elasticidad sobre el alargamiento antes y después del endurecimiento por envejecimiento;

La Figura 20 es un gráfico que muestra los resultados del tratamiento térmico en el recocido continuo;

La Figura 21 es un gráfico que muestra la condición de endurecimiento por envejecimiento;

La Figura 22 es un gráfico que muestra el efecto de la temperatura y el tiempo sobre la dureza;

La Figura 23 es un gráfico que muestra el efecto del tratamiento térmico sobre el límite de elasticidad para el presente acero con vanadio; y

La Figura 24 es un gráfico que muestra el efecto de la reducción de la laminación en caliente sobre el límite de elasticidad del presente acero con vanadio.

Descripción detallada de las figuras

La invención se define en las reivindicaciones.

La siguiente descripción de las modalidades está en el contexto de una banda moldeada delgada de alta resistencia con adiciones de microaleación que se fabrica mediante el moldeo continuo de una banda de acero mediante el uso de una moldeadora de rodillos gemelos.

La Figura 1 ilustra las partes sucesivas de la moldeadora de bandas para el moldeo continuo de bandas de acero. Las Figuras 1 y 2 ilustran una moldeadora de rodillos gemelos 11 que produce continuamente una banda de acero moldeada 12, la cual pasa en una trayectoria de tránsito 10 a través de una mesa de guía 13 hasta un soporte de rodillos prensadores 14 que tiene rodillos prensadores 14A. Inmediatamente después de salir del soporte de los rodillos prensadores 14, la banda pasa a un molino de laminación en caliente 16 que tiene un par de rodillos reductores 16A y rodillos de respaldo 16B donde la banda moldeada se lamina en caliente para reducir a un grosor deseado. La banda laminada en caliente pasa a una mesa de salida 17 donde la banda se puede enfriar mediante convección y contacto con agua que se suministra a través de chorros de agua 18 (u otros medios adecuados) y mediante radiación. La banda laminada y enfriada se pasa luego a través de un soporte de rodillos prensadores 20 que comprende un par de rodillos prensadores 20A y luego a un enrollador 19. El enfriamiento delgadal de la banda moldeada tiene lugar después del enrollado.

Como se muestra en la Figura 2, la moldeadora de rodillos gemelos 11 comprende un marco de máquina principal 21, el cual soporta un par de rodillos de moldeo colocados lateralmente 22 que tienen superficies de moldeo 22A. El metal fundido se suministra durante una operación de moldeado desde un cucharón (no mostrado) a una artesa 23, a través de una cubierta refractaria 24 a un distribuidor o artesa móvil 25, y luego desde el distribuidor 25 a través de una boquilla de suministro de metal 26 entre los rodillos de moldeo 22 por encima de la línea de contacto 27. El metal fundido que se suministra entre los rodillos de moldeo 22 forma una piscina de moldeo 30 por encima de la línea de contacto. La piscina de moldeo 30 está sujeta en los extremos de los rodillos de moldeo mediante un par de diques o placas de cierre laterales 28, las cuales se empujan contra los extremos de los rodillos de moldeo mediante un par de propulsores (no mostrados) que incluyen unidades de cilindro hidráulico (no mostradas) conectadas a los soportes de la placa lateral. La superficie superior de la piscina de moldeo 30 (generalmente denominada como el nivel del "menisco") usualmente aumenta por encima del extremo inferior de la boquilla de suministro de manera que el extremo inferior de la boquilla de suministro se sumerja dentro de la piscina de moldeo 30. Los rodillos de moldeo 22 se enfrían internamente con agua de manera que las capas se solidifican en las superficies de los rodillos que se mueven a medida que pasan a través de la piscina de moldeo, y se juntan en la línea de contacto 27 entre ellos para producir la banda moldeada 12, la cual se suministra hacia abajo desde la línea de contacto entre los rodillos de moldeo.

La moldeadora de rodillos gemelos puede ser del tipo que se ilustra y describe con cierto detalle en las Patentes de los Estados Unidos Núms. 5184668 y 5277243 o la Patente de los Estados Unidos Núm. 5488988. Se puede hacer referencia a aquellas patentes para los detalles de construcción apropiados de una moldeadora de rodillos gemelos apropiada para su uso en una modalidad de la presente invención.

Se puede producir un producto de banda moldeada delgada de alta resistencia mediante el uso de la moldeadora de rodillos gemelos que supera las deficiencias de los productos de acero de calibre ligero convencionales y produce un producto de banda de acero de calibre ligero de alta resistencia. La invención usa los elementos que incluyen niobio (Nb), vanadio (V), o molibdeno (Mo), o una combinación de los mismos.

Los elementos de microaleación en acero se toman comúnmente para referirse a los elementos titanio, niobio, y vanadio. Estos elementos se adicionaban generalmente en el pasado en niveles por debajo de 0,1 %, pero en ciertos casos niveles tan altos como 0,2 %. Estos elementos son capaces de ejercer fuertes efectos sobre la microestructura y propiedades del acero a través de una combinación de efectos de endurecimiento, refinamiento del grano y fortalecimiento (en el pasado como formadores de carbonitruro). El molibdeno no se ha considerado normalmente como un elemento de microaleación ya que por sí solo es un formador de carbonitruro relativamente débil, pero puede ser efectivo en las presentes circunstancias y puede formar partículas complejas de carbonitruro junto con niobio y vanadio. La formación de carbonitruro se inhibe en la banda laminada en caliente con estos elementos como se explica a continuación.

El producto de banda moldeada delgada de alta resistencia combina varios atributos para alcanzar un producto de banda moldeada de calibre ligero de alta resistencia mediante la microaleación con estos elementos. El grosor de la banda es de menos de 3 mm, menos de 2,5 mm, o menos de 2,0 mm, y puede estar en un intervalo de 0,5 mm a 2,0 mm. La banda moldeada se produce mediante laminación en caliente sin necesidad de laminación en frío para reducir adicionalmente la banda al grosor deseado. Por lo tanto, el producto de banda moldeada delgada de alta resistencia se superpone tanto a los intervalos de grosor de laminación en caliente de calibre ligero como a los intervalos de grosor de laminación en frío deseados. La banda se enfría a una velocidad de 10 °C por segundo y por encima, y todavía forma una microestructura que es mayoritaria y típicamente predominantemente de bainita y ferrita acicular.

Los beneficios alcanzados a través de la preparación de tal producto de banda moldeada delgada de alta resistencia contrastan con la producción de aceros microaleados convencionalmente producidos previamente que dan como resultado costos de aleación relativamente altos, ineficiencias en la microaleación, dificultades en la laminación en caliente y en frío, y dificultades en el recocido de recristalización ya que las líneas de recocido y galvanizado continuo convencionales no son capaces de proporcionar las altas temperaturas de recocido necesarias. Además, se supera la ductilidad relativamente pobre que se exhibe con la banda que se fabrica mediante la ruta de fabricación de laminación en frío y recocido de recuperación.

En los aceros microaleados convencionalmente producidos previamente, los elementos, tales como el niobio y el vanadio no podían permanecer en disolución sólida a través de la solidificación, laminación en caliente, enrollado, y enfriamiento. El niobio y el vanadio se difundían a través de la microestructura, para formar partículas de carbonitruro en varias etapas del proceso de fabricación del enrollado en caliente. Las partículas de carbonitruro, en la presente descripción y las reivindicaciones adjuntas, incluyen carburos, nitruros, carbonitruros, y combinaciones de los mismos. La formación y el crecimiento de partículas de carbono y nitrógeno en la placa caliente y el posterior enrollado de aceros microaleados convencionalmente producidos anteriormente redujeron adicionalmente el tamaño del grano de la austenita en la placa caliente, y disminuyeron el endurecimiento del acero. En estos aceros anteriores, el efecto de las partículas en la placa caliente tuvo que superarse mediante el aumento de la cantidad de elementos de microaleación, el recalentamiento de las placas moldeadas a temperaturas mayores, y la reducción del contenido de carbono.

En contraste con los aceros convencionalmente producidos previamente, se produjo el presente producto de banda de acero moldeada delgada de alta resistencia que comprende, en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,00 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, y al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en niobio entre 0,01 % y 0,20 %, y vanadio entre 0,01 % y 0,20 %, y opcionalmente molibdeno entre 0,05 % y 0,50 %, y que tiene una microestructura mayoritaria que comprende bainita y ferrita acicular. El producto de acero puede comprender adicionalmente pequeñas partículas de óxido de silicio y de hierro que se distribuyen a través de la microestructura del acero que tienen un tamaño promedio de partícula de menos de 50 nanómetros. El producto de acero puede comprender adicionalmente una distribución más uniforme de microaleaciones a través de la microestructura que la que se producía previamente con el producto de placa moldeada convencional.

Alternativamente, el producto de banda de acero moldeada delgada de alta resistencia puede comprender, en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,0 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, y niobio entre 0,01 % y 0,20 %, y que tiene una microestructura mayoritaria que comprende bainita y ferrita acicular y que tiene más de 70 % de niobio soluble.

En otra alternativa, un producto de acero enrollado puede comprender, en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,0 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, y al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en niobio entre 0,01 % y 0,20 % y vanadio entre 0,01 % y 0,20 %, y una combinación de los mismos, y que tiene más de 70 % de niobio y vanadio solubles, según se seleccione, después de enrollar y enfriar. El producto de banda de acero moldeada delgada enrollada de alta resistencia tiene más de 70 % de niobio y vanadio soluble, según se seleccione, particularmente después de la reducción por laminación en caliente y el enrollado posterior y antes del endurecimiento por envejecimiento. La microestructura es una mezcla de bainita y ferrita acicular. Alternativamente, la microestructura del acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado puede comprender bainita y ferrita acicular con más de 80 % de niobio y/o vanadio que permanece en disolución sólida, y alternativamente puede tener más de 90 % que permanece en disolución sólida. El producto de acero tiene un alargamiento total de al menos 6 % o mayor que 10 %. El producto de acero tiene un límite de elasticidad de al menos 340 MPa (aproximadamente 49 ksi) y puede tener una resistencia a la tracción de al menos 410 MPa, que exhibe una ductilidad satisfactoria. La relación entre el límite de elasticidad y el alargamiento total en el producto laminado en caliente se muestra en la Figura 8.

Después de la laminación en caliente, la banda de acero laminada en caliente se puede enrollar a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 500-700 °C. La banda de acero moldeada delgada también puede procesarse adicionalmente mediante endurecimiento por envejecimiento de la banda de acero para aumentar la resistencia a la tracción a una temperatura de al menos 550 °C. El endurecimiento por envejecimiento puede ocurrir a una temperatura entre 550 °C y 800 °C, o entre 625 °C y 750 °C, o entre 675 °C y 750 °C. Los hornos convencionales de las líneas continuas de galvanizado o recocido son, por lo tanto, capaces de proporcionar las temperaturas de endurecimiento por envejecimiento necesarias para endurecer el producto de banda moldeada microaleada.

Por ejemplo, se preparó una composición de acero al fabricar una composición de acero de un 0,026 % de niobio, 0,04 % en peso de carbono, 0,85 % en peso de manganeso, 0,25 % en peso de silicio que se ha moldeado mediante un proceso de moldeo de banda delgada. La banda se moldeó a 1,7 mm de grosor y se laminó en caliente en línea hasta un intervalo de grosor de banda de 1,5 mm a 1,1 mm mediante el uso de una moldeadora de rodillos gemelos como se ilustra en las Figuras 1 y 2. La banda se enrolló a temperaturas de enrollado de 590-620 °C (1094­ 1148 °F).

Como se muestra en la Figura 3, los niveles del límite de elasticidad y resistencia a la tracción alcanzados en la presente banda moldeada se comparan con los niveles del límite de elasticidad y resistencia a la tracción alcanzables en la composición de acero base, no microaleada, para bandas moldeadas en un intervalo de temperaturas de enrollado. Puede verse que la banda de acero de niobio alcanzó límites de elasticidad en el intervalo de 420-440 MPa (aproximadamente 61-64 ksi) y resistencias a la tracción de aproximadamente 510 MPa (aproximadamente 74 ksi). El presente producto de banda moldeada se compara con las composiciones de acero a base de C-Mn-Si que se procesan con la misma temperatura de enrollado que el acero microaleado, con el acero de niobio que produce niveles de resistencia sustancialmente mayores. La banda de acero de base comparada tuvo que enrollarse a temperaturas muy bajas para acercarse a niveles de resistencia comparables a los del producto de acero de niobio moldeado. No fue necesario enrollar el producto de acero de niobio moldeado a bajas temperaturas de enrollado para alcanzar su potencial de fortalecimiento con la laminación en caliente. Además, los niveles del límite de elasticidad y resistencia a la tracción para el acero de niobio moldeado no se vieron afectados significativamente por el grado de laminación en caliente en línea con una reducción de al menos 19 % a 37 % como se muestra en la Figura 7.

El endurecimiento de los presentes aceros se muestra en la Figura 9. Como se muestra en la Figura 9, un nivel de niobio tan pequeño como 0,007 % fue efectivo en aumentar la resistencia de la banda delgadal, y se alcanzaron niveles del límite de elasticidad por encima de 380 MPa con niveles de niobio mayores que aproximadamente 0,01 %. Tenga en cuenta que los niveles de niobio de menos de aproximadamente 0,005 % pueden considerarse residuales. Por lo tanto, incluso las adiciones muy pequeñas de elementos de microaleación pueden ser efectivas en el fortalecimiento sustancial.

Las altas resistencias se alcanzaron mediante el uso de la adición de microaleación de niobio para aumentar el endurecimiento del acero a través de la supresión de la formación de ferrita proeutéctica. La Figura 4b muestra que la ferrita proeutéctica se formó a lo largo de los límites del grano de austenita anteriores (ferrita alotriomórfica) en el acero base, pero no estaba presente en el acero de niobio mostrado en la Figura 4a. Los efectos de endurecimiento de la adición de niobio suprimieron la transformación de ferrita, lo que permitió producir la microestructura de ferrita acicular y bainítica más fuerte mientras se usaban velocidades de enfriamiento convencionales durante el enfriamiento y temperaturas de enrollado mayores. La microestructura delgadal de los presentes aceros con niobio comprende principalmente una combinación de bainita y ferrita acicular. El acero base mostrado en la Figura 4b se enfrió a una temperatura de enrollamiento relativamente baja, menos de 500 °C, una condición de enfriamiento que se conoce por suprimir la formación de ferrita en los límites de los granos de austenita.

El efecto de la reducción en caliente sobre el límite de elasticidad se reduce en el presente acero con niobio. En los productos de C-Mn anteriores, típicamente hay una disminución en la resistencia al aumentar la reducción en caliente. En contraste, como se muestra en la Figura 7, el efecto de la reducción en caliente sobre el límite de elasticidad se reduce significativamente en el presente producto de acero. En este experimento, la temperatura de enrollado se mantuvo constante, y cubrió el intervalo de reducciones de laminación en caliente hasta al menos 40 % como representó el intervalo de grosor de banda de 1,0 mm a 1,5 mm. A diferencia del acero base no microaleado, los niveles de resistencia de los aceros microaleados con niobio de la presente descripción en el producto de banda moldeada laminada en caliente son relativamente insensibles al grado de reducción de laminación en caliente para reducciones de hasta al menos 40 %. Adicionalmente, estos altos niveles de resistencia se alcanzaron mediante el uso de temperaturas de enrollado convencionales en el intervalo de 550 °C a 650 °C, como se muestra en la Figura 3.

Para investigar este efecto adicionalmente, se midió el tamaño de grano de austenita en cada grosor en el acero con 0,026 Nb. Donde el acero base tendía a recristalizarse completamente por encima de aproximadamente 25 % de reducción en caliente, el acero con 0,026 Nb mostró sólo una recristalización limitada incluso con una reducción de 40 %. Esto indica que el niobio en disolución sólida redujo el efecto de la reducción en caliente sobre las propiedades de resistencia al suprimir la recristalización estática de la austenita deformada después de la laminación en caliente. Esto se muestra en la Figura 10, donde se puede ver que los granos de austenita se han alargado mediante la reducción de laminación en caliente sin recristalizar en granos más pequeños. Los granos más pequeños aumentan el área límite del grano de austenita, lo que reduce el endurecimiento del acero. Sin embargo, aunque se suprimió la recristalización a un tamaño de grano de austenita más pequeño, se sabe que tales altas reducciones de laminación en caliente aumentan la temperatura de inicio de la transformación de ferrita. Adicionalmente, la alta reducción de la laminación en caliente puede inducir regiones de alta tensión local dentro de los granos de austenita, usualmente denominadas como bandas de cizallamiento, las cuales pueden actuar como sitios de nucleación intragranular para la nucleación de ferrita. En los presentes aceros, el efecto de endurecimiento del niobio fue suficiente para suprimir la formación de ferrita dentro de los granos de austenita deformados, lo cual dio como resultado niveles de resistencia que eran en gran parte insensibles al grado de laminación en caliente.

El producto de acero con niobio de banda moldeada delgada tenía niveles de resistencia a la tracción y del límite de elasticidad consistentes en el intervalo de laminación en caliente aplicada, y era capaz de proporcionar un límite de elasticidad de al menos 410 MPa con una reducción de entre 20 % y 40 %. El tamaño de grano de austenita anterior se determinó para cada grosor de banda. Las medidas del tamaño de grano de austenita indicaron que sólo se había producido una recristalización muy limitada con reducciones altas de laminación en caliente, mientras que en la banda de acero base comparable, la microestructura recristalizó casi completamente con reducciones de laminación en caliente por encima de aproximadamente 25 %. La adición de niobio a la banda de acero moldeada suprimió la recristalización del tamaño de grano de austenita moldeada gruesa durante el proceso de laminación en caliente, y dio como resultado la retención del endurecimiento del acero después de la laminación en caliente y la retención de niobio en disolución.

La mayor resistencia de la presente banda de acero después de la laminación en caliente se debió principalmente a la microestructura formada. Como se muestra en la Figura 4a, la microestructura del acero con niobio moldeado estaba compuesta de una bainita mayoritaria, sino principalmente, para todos los grosores de banda. En contraste, como se muestra en la Figura 4b, el acero no microaleado comparable alcanzó una resistencia similar al enrollarlo a una temperatura de enrollado baja y tenía una microestructura que comprendía principalmente ferrita acicular con cierta ferrita de límite de grano. La adición de niobio a la banda de acero proporcionó un aumento en el endurecimiento del acero y suprimió la formación de la ferrita del límite de grano y promovió la microestructura bainítica, incluso a temperaturas de enrollado considerablemente mayores.

Los resultados de la resistencia a la tracción y el límite de elasticidad de los aceros de prueba, que se muestran en la Tabla 2 a continuación, en la condición de laminado en caliente se resumen en la Figura 11. El nivel de resistencia aumenta al aumentar el contenido de niobio, con un límite de elasticidad de al menos 340 MPa, con niveles de hasta aproximadamente 500 MPa en la condición de laminado en caliente. La resistencia a la tracción puede ser de al menos 410 MPa. El rápido aumento inicial de la resistencia se atribuye a la supresión de la formación de ferrita proeutéctica y la promoción de bainita y ferrita acicular, mientras que el fortalecimiento posterior puede atribuirse al refinamiento microestructural continuo y posiblemente al endurecimiento de la disolución sólida a partir del niobio retenido en disolución sólida.

Adicionalmente, el examen por microscopía electrónica de transmisión (TEM) no reveló ninguna precipitación sustancial de niobio en la banda moldeada laminada en caliente. Esto indica que el niobio se había retenido en una disolución sólida y que el fortalecimiento producido se atribuyó principalmente al efecto de endurecimiento mejorado del niobio que dio como resultado la formación de una microestructura mayoritaria y probablemente predominantemente bainítica. También se cree que el endurecimiento de la banda de acero moldeada se mejora mediante la retención del grano de austenita grueso producido durante la formación de la banda moldeada. Se cree que la transformación en bainita, en lugar de ferrita, es un factor principal para suprimir la precipitación de la adición de microaleación de niobio en la banda moldeada delgada durante el enfriamiento del enrollado a partir de la temperatura de enrollado.

El examen de microscopía electrónica de transmisión (TEM) puede usarse para determinar el tamaño, la identidad y la fracción de volumen de las partículas de carbonitruro de niobio presentes en el acero. La ausencia de cualquier partícula de carbonitruro de niobio en el examen TEM apoyó la opinión de que la resistencia observada se atribuía en gran medida a que la microestructura era principalmente bainita en lugar de ferrita. El posterior incremento de fortalecimiento observado que surge de un tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento lleva por lo tanto a la conclusión de que el niobio había estado sustancialmente en disolución en la banda laminada en caliente. Después de determinar la fracción de volumen de partículas de carbonitruro en la microestructura mediante el uso del análisis TEM, se puede concluir la cantidad de elemento de microaleación en disolución sólida.

Las láminas delgadas o las réplicas de carbono pueden evaluarse mediante TEM para determinar la cantidad de las partículas de carbonitruro presentes. En nuestro análisis, se usó un microscopio electrónico de transmisión JEOL 2010. Sin embargo, de nuestra experiencia con este instrumento, las partículas de Nb por debajo de 4 nanómetros pueden no resolverse en ferrita muy dislocada.

Para el análisis de láminas delgadas, se prepara una lámina. La lámina se corta y se muele hasta un grosor de 0,1 mm. Luego, la muestra se adelgaza hasta obtener transparencia electrónica mediante electropulido mediante el uso de un electrolito de ácido perclórico a 5 %, ácido acético a 95 % en una unidad de electropulido Tenupole-2. Luego, la muestra se puede transferir directamente al TEM.

Para la replicación del carbono, se puede preparar una muestra deseada al grabar una muestra pulida en Nital (una disolución de alcohol y ácido nítrico) después del grabado, se recubren las muestras con carbono, y luego se marca el recubrimiento de carbono en las dimensiones apropiadas (por ejemplo, 2 mm cuadrados) para el análisis TEM. Después del marcado, se pueden liberar réplicas de carbono de la muestra al disolver la matriz de ferrita en Nital a 3 %. Las muestras de réplicas de carbono se recogen en rejillas de soporte de 3 mm de diámetro y luego se lavan repetidamente en disoluciones de etanol/agua. La réplica de extracción de carbono con la rejilla de soporte se puede transferir luego al TEM.

Un factor adicional que se cree que explica la ausencia de partículas de carbonitruro de niobio en la banda moldeada laminada en caliente se relaciona con la naturaleza de la dispersión de niobio con la solidificación rápida de la banda durante su formación mediante el método de fabricación continua de banda moldeada descrito. En las bandas microaleadas de alta resistencia que se fabricaron previamente, se involucraron intervalos de tiempo relativamente largos en la solidificación con enfriamiento de la placa, el recalentamiento de la lámina y el procesamiento termomecánico que permitieron oportunidades para el preagrupamiento y/o precipitación en estado sólido de partículas de carbonitruro, tales como (Nb, V, Ti, Mo)(CN), que permitió la cinética para la posterior precipitación a través de las etapas del proceso de fabricación. En el presente proceso descrito, donde la banda moldeada se forma continuamente a partir de una piscina de moldeo entre rodillos de moldeo, se cree que la solidificación inicial extremadamente rápida en la formación de la banda moldeada (en aproximadamente 160 microsegundos) inhibe el preagrupamiento y/o la precipitación en estado sólido de partículas de carbonitruro y, a su vez, ralentiza y reduce la cinética de precipitación de las microaleaciones en el procesamiento posterior, que incluye las operaciones de laminación y enrollado. Esto significa que las microaleaciones de Nb, V y Mo se distribuyen de manera relativamente más uniforme en las fases de austenita y ferrita que en las bandas de acero delgadas que se fabricaron previamente mediante moldeado y procesamiento de placas convencionales.

El análisis de sondeo de átomos de la banda moldeada de niobio que se hace mediante la formación a partir de una piscina de moldeo entre rodillos de moldeo como se describió anteriormente ha verificado la distribución más uniforme de las microaleaciones (lo que indica un preagrupamiento y/o precipitación en estado sólido reducidos) tanto en la banda moldeada como en la laminada en caliente cuando se enrolla a aproximadamente 650 °C o menor.

Se cree que esta distribución más uniforme de elementos inhibe la formación de carbonitruros en la operación de enrollado en condiciones donde ocurre una pequeña precipitación coherente de tales elementos en placas de acero moldeadas microaleadas fabricadas y procesadas convencionalmente. La reducción o ausencia de preagrupamiento y/o formación en estado sólido de carbonitruros en la banda moldeada microaleada que se fabrica mediante moldeo con rodillos gemelos también ralentiza la cinética de formación de carbonitruros durante el procesamiento termomecánico posterior, tal como el recocido. Esto permite entonces la oportunidad del endurecimiento por envejecimiento a temperaturas mayores que aquellas donde las partículas en la banda previamente procesada convencionalmente perdieron su capacidad de fortalecimiento a través de mecanismos de engrosamiento (maduración de Ostwald).

Con un tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento, se encontró que era alcanzable una mayor resistencia a la tracción. Por ejemplo, con una adición de niobio al 0,026 %, se observó un aumento de al menos 35 MPa (aproximadamente 5 ksi) en el límite de elasticidad de 410 a 450 MPa (aproximadamente 60-65 ksi). Con una adición de niobio al 0,05 %, se contempla que con un endurecimiento por envejecimiento se espera un aumento de al menos 70 MPa (10 ksi), y con una adición de niobio al 0,1 %, se contempla que, con un endurecimiento por envejecimiento, se espera un aumento de al menos 140 MPa (20 ksi). La microestructura del presente producto de acero endurecido por envejecimiento puede tener partículas de carbonitruro de niobio con un tamaño promedio de partícula de 10 nanómetros y menos. La microestructura del producto de acero endurecido por envejecimiento puede no tener sustancialmente partículas de carbonitruro de niobio mayores de 50 nanómetros.

Se realizaron tratamientos térmicos de envejecimiento de laboratorio sobre muestras de aceros con niobio al 0,026 % a varias temperaturas y tiempos para inducir la acción del niobio, que se creía retenido en disolución sólida en la banda laminada en caliente. Como se muestra en la Figura 5, los tratamientos térmicos de envejecimiento produjeron un aumento significativo de la resistencia, con límites de elasticidad de aproximadamente 480 MPa (aproximadamente 70 ksi). Esto confirmó que el niobio se retuvo en una disolución sólida y estaba disponible para proporcionar endurecimiento por envejecimiento en el envejecimiento posterior, por ejemplo, mediante el uso de un horno de recocido en líneas de galvanizado continuas o mediante el uso de una línea de recocido continuo. Consecuentemente, se lleva a cabo un endurecimiento por envejecimiento a corto plazo para simular el potencial de envejecimiento del procesamiento del producto de acero moldeado microaleado con niobio a través de un horno de recocido unido a una línea de galvanizado continua o una línea de recocido continuo convencional. En el último caso, el producto de banda de alta resistencia endurecido por envejecimiento se puede galvanizar, pintar o usar posteriormente sin revestir.

Los resultados, como se muestran en la Figura 6, muestran claramente que para una temperatura máxima de procesamiento de 700 °C (1292 °F), se logró un fortalecimiento significativo, con niveles de resistencia que se acercan a los alcanzados para tiempos más largos a temperaturas más bajas. En la Tabla 1 se dan las propiedades de tracción del producto de acero moldeado delgado con niobio después del tratamiento de envejecimiento a corto plazo mediante el uso de una temperatura máxima de 700 °C (1292 °F). Además de la alta resistencia del producto de banda moldeada, la ductilidad y la conformabilidad son satisfactorias para productos de calidad estructural. El producto de banda moldeada producido es un producto de banda delgada de alta resistencia para aplicaciones estructurales a través del uso de microaleaciones de niobio. Se contempla que mayores niveles de microaleación conducirían a límites de elasticidad incluso mayores, potencialmente muy por encima de 550 MPa (aproximadamente 80 ksi).

TABLA 1

Recientemente, adicionalmente a producir el acero con niobio al 0,026 % en peso, se han producido aceros con adiciones de niobio al 0,014 % en peso y 0,065 % en peso mediante el presente proceso. Las composiciones térmicas se muestran a continuación en la Tabla 2.

TABLA 2

Los límites de elasticidad alcanzados para el acero C y el acero F se muestran en la Figura 12, y los resultados del límite de elasticidad para el acero A con 0,014 % de Nb, producido con un contenido de Mn más bajo, se presentan en la Figura 13. Las adiciones de niobio aumentaron el límite de elasticidad a todas las temperaturas de enrollado en relación con la composición del acero base. El límite de elasticidad aumentó en aproximadamente 70 a 100 MPa (10 a 15 ksi) para las adiciones de 0.014 % Nb y 0,026 Nb, y en aproximadamente 140 a 175 MPa (20-25 ksi) para la adición de 0,065 Nb. De la Figura 12 se puede ver que el acero con 0,026 % Nb alcanzó límites de elasticidad mayores que el acero base de 0,8 Mn para temperaturas de enrollado similares, y límites de elasticidad comparables a cuando el acero base de 0,8 Mn se enrolló a bajas temperaturas. Alternativamente, las resistencias alcanzadas en el acero base de 0,8 Mn a bajas temperaturas de enrollado (aproximadamente 500 °C) se pueden lograr a temperaturas de enrollado mayores (aproximadamente 600 °C) con esta adición de Nb.

Adicionalmente, en contraste con el acero microaleado convencionalmente producido anteriormente, hemos encontrado que la adición de microaleación suprime la formación de partículas de carbonitruro en el acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado. En cambio, la microestructura del acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado comprende bainita y ferrita acicular con más de 70 % de niobio y/o vanadio que permanecen en disolución sólida. Alternativamente, la microestructura del acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado puede comprender bainita y ferrita acicular con más de 80 % de niobio y/o vanadio que permanecen en disolución sólida, y alternativamente puede tener más de 90 % que permanece en disolución sólida.

Por lo tanto, se ha demostrado que la banda moldeada de niobio da como resultado un producto de acero de alta resistencia de calibre ligero. En primer lugar, la adición de niobio es capaz de suprimir la recristalización de austenita durante la laminación en caliente, lo cual mejora el endurecimiento del acero al retener el tamaño de austenita moldeada relativamente gruesa. El niobio retenido en disolución sólida en austenita después de la laminación en caliente, aumenta directamente el endurecimiento del acero, lo cual ayuda a transformar la austenita en una microestructura delgadal compuesta principalmente de bainita, incluso a temperaturas de enrollado relativamente altas. La formación de una microestructura bainítica promovió la retención de la adición de niobio en disolución sólida en la banda laminada en caliente.

Puede obtenerse una mejora adicional en las propiedades mediante endurecimiento por envejecimiento de los presentes aceros. En los aceros microaleados y no microaleados previos, se podría obtener un aumento de la resistencia mediante el endurecimiento por envejecimiento, pero en tales aceros anteriores, ocurre una disminución del alargamiento con un aumento de la resistencia. Hemos descubierto que se puede obtener tanto un aumento en el alargamiento como un aumento en la resistencia mediante el endurecimiento por envejecimiento de los presentes aceros.

Se determinó que la retención de los elementos de microaleación, tales como el niobio y el vanadio en disolución sólida por las condiciones de procesamiento anteriores proporcionaba una capacidad de endurecimiento considerable para el ciclo de endurecimiento por envejecimiento posterior. Tal ciclo de endurecimiento por envejecimiento se puede producir mediante el uso de una línea de galvanizado contínua adecuada o una instalación de recocido continuo. Por lo tanto, una banda de acero microaleado que se fabrica mediante un proceso de moldeado de banda delgada, combinado con un tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento proporcionado mediante una línea de galvanizado o una línea de recocido adecuada, es una ruta de fabricación única que proporciona un enfoque de fortalecimiento único para este tipo de producto de acero.

Se llevaron a cabo tratamientos de envejecimiento isotérmico del material de banda moldeado laminado en caliente con Nb al 0,026 % durante 20 minutos a 600 °C y 650 °C (1110 °F y 1200 °F), que inducen la formación de carbonitruros de niobio, o Nb (C, N), como lo confirma el examen TEM. Esto dio como resultado un aumento en el límite de elasticidad del material, como se muestra en la Figura 14. Además, como se muestra en las Figuras 6 y 14, el ciclo térmico de la banda a través de la sección de recocido de una línea de galvanizado también indujo un aumento significativo de la resistencia, que se aproximó a la alcanzada con el envejecimiento isotérmico a temperaturas menores.

El aumento en el endurecimiento proporcionado por la adición de microaleaciones a través de la supresión de la transformación de ferrita reduce significativamente la temperatura de descomposición de austenita en el intervalo de temperatura de bainita/ferrita acicular. Esta temperatura de inicio de transformación menor proporciona el potencial para retener la gran mayoría de la adición de microaleaciones en disolución sólida mediante la aplicación de velocidades de enfriamiento de la mesa de agotamiento convencionales y temperaturas de enrollado adecuadas. Los elementos de microaleación, tales como el niobio y el vanadio, en disolución sólida están disponibles para el endurecimiento por envejecimiento durante un tratamiento térmico posterior para aumentar la resistencia. Los estudios de endurecimiento por envejecimiento de laboratorio establecieron que se podría alcanzar un fortalecimiento sustancial incluso con ciclos de tratamiento térmico relativamente cortos, tales como los disponibles con líneas de recocido continuas y líneas de galvanizado. Los resultados de los ciclos de recocido contínuo simulados de laboratorio que se aplicaron al Acero de prueba C (0,026 % Nb), acero F (0,065 % Nb), y acero G (0,084 % Nb) se muestran en las Figuras 15, a 18.

Los resultados de los ensayos en planta a escala real con los aceros B y F, mediante el uso de las condiciones de tratamiento térmico establecidas a partir del estudio de laboratorio se dan en las Figuras 20 y 21, respectivamente. Se alcanzaron aumentos sustanciales de la resistencia con los aceros B y F. Se registraron niveles de límite de elasticidad superiores a 450 MPa con el acero con 0,024 % Nb (acero B) y límites de elasticidad por encima de 550 MPa con el acero con 0,065 % Nb (acero F). El aumento de resistencia a partir del endurecimiento por envejecimiento fue del orden de 70 MPa (10 ksi) para el acero con 0,024 % Nb (acero B) y hasta aproximadamente 100 MPa (15 ksi) para el acero con 0,065 % Nb (acero F). Se contempla que el acero con 0,065 % Nb puede alcanzar límites de elasticidad por encima de 600 MPa en la condición de endurecimiento por envejecimiento.

TABLA 3

Las muestras de acero F se endurecieron por envejecimiento mediante el uso de las condiciones de endurecimiento por envejecimiento que se encuentran en una línea de galvanizado. Como se muestra en la TABLA 3, el acero endurecido por envejecimiento tuvo un aumento de resistencia de casi 70 MPa y el alargamiento aumentó de 11,47% a 14,16 %. La relación entre el límite de elasticidad y el alargamiento total para los aceros con niobio actualmente descritos en la condición de laminado en caliente y en la condición de endurecido por envejecimiento y galvanizado (dirección de prueba longitudinal) se muestra en la Figura 19.

Como se muestra en la Figura 16, hemos descubierto que se puede usar un ciclo de espera de 10 segundos entre aproximadamente 675 °C y 725 °C para evitar el sobreenvejecimiento. Sin embargo, el intervalo de temperatura es una función del tiempo de espera. Aumentar el tiempo de espera a 20 segundos redujo ligeramente el intervalo de temperatura, mientras que para el tiempo de espera cero, el intervalo de temperatura se incrementó ligeramente, como se muestra en la Figura 17. El intervalo de temperaturas de endurecimiento por envejecimiento puede estar entre aproximadamente 625 °C y 800 °C en dependencia del tiempo total del ciclo de tratamiento térmico, es decir, las velocidades de calentamiento, el tiempo de espera, y las velocidades de enfriamiento.

En el caso de tratamientos térmicos de mayor duración, se pueden usar temperaturas más bajas en el intervalo de 500 °C a 650 °C. De la Figura 6 se puede ver que un tratamiento térmico de 20 minutos a 600 °C produce niveles de resistencia similares a los de 10 segundos en un ciclo de recocido continuo a 700 °C. La Figura 22 muestra los resultados de los tratamientos térmicos de laboratorio que se llevaron a cabo durante 20 y 120 minutos. Los resultados muestran que se alcanzó un endurecimiento sustancial para un tratamiento térmico de 120 minutos a 550 °C, pero el envejecimiento de 120 minutos a temperaturas por encima de aproximadamente 650 °C redujo la dureza del acero. Se pueden usar tiempos de tratamiento térmico más largos con procesos de recocido de enrollado completo, tal como el recocido discontinuo en el intervalo de temperatura de 500 °C a 650 °C, u otras prácticas de enfriamiento posteriores al enrollado para el enrollado laminado en caliente, que se diseñan para precipitar el niobio retenido, mediante el enfriamiento controlado en el intervalo de temperatura de 500 °C a 650 °C.

Se llevó a cabo la microscopía electrónica de transmisión (TEM) sobre muestras de aceros C y F, a las que se les había dado un tratamiento térmico de 60 minutos a 650 °C. Se encontraron partículas pequeñas en el intervalo de tamaño de 4 a 15 nanómetros. Se encontró que estas partículas pequeñas incluían carbonitruros de niobio, lo que indica que el fortalecimiento puede atribuirse al endurecimiento por envejecimiento por las partículas pequeñas de carbonitruro de niobio.

La microestructura del producto de acero microaleado endurecido por envejecimiento puede tener partículas de carbonitruro de niobio, con un tamaño promedio de partícula de 10 nanómetros y menos. La microestructura del producto de acero endurecido por envejecimiento puede no tener sustancialmente partículas de carbonitruro de niobio mayores de 50 nanómetros. Se inspeccionaron muestras del presente acero con niobio mediante el uso de la evaluación TEM, y porciones de la microestructura no tenían una cantidad medible de partículas de carbonitruro de niobio.

Creemos que la relación resistencia/alargamiento mejorada en el presente acero endurecido por envejecimiento puede deberse a que porciones de la microestructura están sustancialmente libres de partículas mayores de 5 nanómetros de tamaño, o "zonas libres de precipitados", y nanoconglomerados. El desarrollo de zonas libres de precipitados en las proximidades de los límites de los granos puede influir en la relación de resistencia y alargamiento por tracción al proporcionar regiones de dureza reducida adyacentes a los límites de los granos. Se ha informado que la relajación de las concentraciones de tensión en las zonas libres de precipitados mejora la resistencia y el alargamiento. Los efectos beneficiosos de las zonas libres de precipitados sobre el alargamiento y la resistencia pueden aparecer en circunstancias donde las zonas libres de precipitados son estrechas y el tamaño de los precipitados en el límite del grano es pequeño.

En el presente acero, las adiciones de elementos pueden proporcionar un mayor alargamiento con una resistencia aumentada después del endurecimiento por envejecimiento al producir un pequeño ancho de la zona libre de precipitados y un pequeño cambio de dureza que en los aceros con niobio convencionalmente producidos. Debido a la dispersión más uniforme de los elementos en los aceros solidificados rápidamente, la cinética del endurecimiento por envejecimiento puede retrasarse para expandir efectivamente la ventana de tiempo-temperatura sobre la cual la formación de nanoconglomerados puede controlarse establemente. Los nanoconglomerados de elementos pueden proporcionar fortalecimiento en las etapas tempranas del endurecimiento por envejecimiento. El fortalecimiento del conglomerado puede deberse a la energía adicional requerida para que las dislocaciones corten el límite difuso del conglomerado de especies de solutos. Los conglomerados pueden proporcionar un fortalecimiento sustancial sin reducir la ductilidad debido a que sus límites elásticamente suaves no inhiben severamente el movimiento de dislocación ni provocan acumulaciones de la forma en que lo hacen las partículas normales de la segunda fase. En los presentes aceros, una distribución más uniforme de los elementos permanece en disolución sólida durante la rápida solidificación del acero. En contraste con los aceros con niobio y vanadio convencionalmente producidos anteriormente, la microestructura del acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado comprende bainita y ferrita acicular con más de 70 % de la adición de niobio y/o vanadio que permanece en disolución sólida y sustancialmente ninguna partícula de carbonitruro de niobio mayor de 50 nanómetros. Alternativamente, la microestructura del acero laminado en caliente y posteriormente enrollado y enfriado puede comprender bainita y ferrita acicular con más de 80 % de la adición de niobio y/o vanadio que permanece en disolución sólida, y alternativamente puede tener más de 90 % que permanece en disolución sólida.

Los elementos permanecen atrapados en disolución en el enrollado laminado en caliente y no precipitan si la temperatura de enrollado es por debajo de aproximadamente 650 °C. La formación se retarda efectivamente debido a que las asociaciones anteriores de átomos (tales como en la forma de partículas) que ocurren normalmente en el moldeo convencional de placas y el recalentamiento para laminación de bandas en caliente se evitan en el presente proceso. Por lo tanto, el aumento de resistencia observado que ocurre en los enrollados laminados en caliente puede atribuirse en gran medida al endurecimiento y a los efectos de endurecimiento de la disolución sólida.

La formación de partículas de carbonitruro se puede activar durante el tratamiento térmico. Adicionalmente, durante el endurecimiento por envejecimiento, los conglomerados preprecipitación y las partículas más pequeñas son estables en un intervalo extendido de tiempo y temperatura debido a la cantidad significativa de niobio y/o vanadio en disolución sólida antes del endurecimiento por envejecimiento. Las zonas libres de precipitados que se forman cerca de los límites de los granos como un fenómeno de precipitación normal, son más estrechas y contienen nanoconglomerados más uniformemente dispersos y precipitados más pequeños que los aceros convencionalmente producidos. Por lo tanto, los cambios de dureza en las zonas libres de precipitados con respecto al interior del grano son relativamente pequeños para los presentes aceros. Creemos que las zonas libres de precipitados más estrechas y los pequeños cambios de dureza a través de las zonas libres de precipitados reducen las concentraciones de tensión en las zonas libres de precipitados al reducir las microfisuras por la deformación preferencial de las zonas libres de precipitados. Creemos que el fortalecimiento de los conglomerados puede caracterizarse mediante un aumento de la resistencia sin un deterioro de la ductilidad, ya que no ocurre acumulación de dislocaciones en los conglomerados. Se cree que la combinación de estrechas zonas libres de precipitados y los mecanismos de fortalecimiento de conglomerados conduce a las zonas libres de precipitados de los presentes aceros. Esto da como resultado un alargamiento mejorado debido a que las fisuras son más difíciles de iniciar y están menos limitadas a la región de la zona libre de precipitados del límite del grano. Adicionalmente, los nanoconglomerados pueden coexistir con partículas distintas dentro de las regiones interiores del grano en ciertas combinaciones de temperatura/tiempo de recocido.

Puede usarse un horno de recocido para realizar el endurecimiento por envejecimiento, el cual no es un enfoque de fortalecimiento actual para procesar tales productos. La condición de recocido puede ser un ciclo de recocido continuo con una temperatura máxima de al menos 650 °C y menos de 800 °C y mejor de 675 °C a 750 °C. Alternativamente, el fortalecimiento se puede alcanzar en un entorno de producción mediante el uso de un ciclo muy corto de endurecimiento por envejecimiento disponible con hornos de recocido convencionales incorporados en líneas continuas de galvanizado. Los niveles de resistencia delgadal registrados en los ensayos en planta a escala real fueron similares a los producidos con los tratamientos térmicos de laboratorio de los respectivos aceros.

Se contemplan resultados similares con niobio entre aproximadamente 0,01 % y aproximadamente 0,20 %, molibdeno entre aproximadamente 0,05 % y aproximadamente 0,50 %, y vanadio entre aproximadamente 0,01 % y aproximadamente 0,20 %.

La composición del presente acero que usa vanadio se muestra como acero H en la Tabla 2. El límite de elasticidad del acero H se muestra en la Figura 23. El acero con vanadio se produjo con dos temperaturas de enrollado diferentes, y posteriormente se envejeció durante 20 minutos a 650 °C y 700 °C para inducir el endurecimiento por el vanadio en disolución sólida. Los resultados muestran que se alcanzó un fortalecimiento significativo a partir de estas condiciones de tratamiento térmico. El incremento de fortalecimiento fue ligeramente mayor para el material producido con la mayor temperatura de enrollado, lo cual puede deberse a los efectos de procesos opuestos de endurecimiento por precipitación y ablandamiento microestructural. El incremento de fortalecimiento realizado con el material producido a la temperatura de enrollado menor fue del mismo orden que el alcanzado con el acero con 0,026 % Nb.

El límite de elasticidad del acero H en condiciones de galvanizado y laminado en caliente se presenta en la Figura 24. Las Figuras 23 y 24 indican que el acero con vanadio alcanzó niveles de resistencia mayores que el acero a base de carbono simple, a pesar de que se produjo mediante el uso de temperaturas de enrollado mayores. En las muestras mostradas en la Figura 24, la temperatura de enrollado del acero H fue de 570 °C, y la temperatura de enrollado del acero base fue de menos de 500 °C.

También se muestra en la Figura 24, que se realizó un aumento de resistencia en el acero con vanadio a partir de un endurecimiento por envejecimiento mediante el uso de los hornos de recocido en una línea de galvanizado continua, pero el aumento de resistencia fue de menos que el realizado con un contenido de niobio equivalente. El límite de elasticidad de la muestra de la Figura 24 en la línea de galvanizado fue de aproximadamente 450 MPa en condición de galvanizado, la cual está en el orden alcanzado con los tratamientos térmicos de laboratorio a más largo plazo que se muestran en la Figura 23. La resistencia del acero con vanadio puede ser más sensible a la temperatura de enrollado que la de los aceros con niobio.

Esta banda moldeada delgada permite la producción de nuevos tipos de productos de acero, que incluyen:

1. Una banda galvanizada de alta resistencia de calibre ligero que usa una microestructura que tiene bainita como componente principal y endurecimiento por envejecimiento durante el proceso de galvanizado. La sección de recocido de la línea de galvanizado se puede usar para inducir el endurecimiento por envejecimiento del niobio y/o vanadio de la banda moldeada delgada que se ha laminado en caliente.

2. Una banda sin recubrimiento de alta resistencia, de calibre ligero que usa una microestructura que es mayoritariamente bainita y endurecida por envejecimiento durante el procesamiento en una línea de recocido continuo. El horno de alta temperatura del recocido continuo convencional puede usarse para inducir la activación de los elementos de niobio y vanadio retenidos en disolución sólida mediante la microestructura de bainita después de la laminación en caliente de la banda moldeada delgada.

3. Un producto de banda moldeada laminada en caliente de alta resistencia, de calibre ligero, donde los niveles de resistencia son insensibles al grado de reducción de laminación en caliente aplicado. La microestructura bainítica produce un producto de resistencia relativamente alta (YS > 380 MPa (~55 ksi)). La supresión de la recristalización de austenita durante o después de la laminación en caliente puede proporcionar niveles de resistencia delgadal insensibles al grado de reducción de la laminación en caliente. Los niveles de resistencia delgadales serán consistentes a través de un intervalo de grosores que se pueden producir mediante un proceso de moldeado de banda delgada.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Una banda de acero delgada enrollada, laminada en caliente que tiene un grosor de menos de 3,0 mm y que comprende, en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,0 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en niobio entre 0,01 % y 0,20 % y vanadio entre 0,01 % y 0,20 %, y opcionalmente molibdeno entre 0,05 % y 0,50 %, el resto es Fe e impurezas inevitables, y que tiene más de 70 % de niobio y/o vanadio en disolución sólida después del enrollado y el enfriamiento y que tiene una microestructura mayoritaria compuesta de bainita y ferrita acicular, la banda de acero tiene un límite de elasticidad de al menos 340 MPa y un alargamiento total de al menos 6 %.

2. La banda de acero enrollada como se reivindica en la reivindicación 1, que incluye niobio entre 0,01 % y 0,20 % y vanadio entre 0,01 % y 0,20 %.

3. La banda de acero enrollada como se reivindica en la reivindicación 2, donde el niobio es de menos de 0,1 %.

4. La banda de acero enrollada como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, pequeñas partículas de óxido de silicio y hierro que se distribuyen a través de la microestructura de acero que tienen un tamaño promedio de partícula de menos de 50 nanómetros.

5. La banda de acero como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el niobio es de menos de 0,1 %.

6. La banda de acero como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho al menos un elemento es niobio, por lo que se suprime la recristalización de austenita durante o después de la laminación en caliente.

7. La banda de acero como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la banda de acero tiene una resistencia a la tracción de al menos 410 MPa.

8. La banda de acero como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el límite de elasticidad de la banda de acero es de al menos 410 MPa y la reducción del grosor de la banda de acero durante la laminación en caliente estaba entre 20 % y 40 %.

9. Un método para preparar una banda de acero moldeada delgada enrollada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los pasos de:

ensamblar una moldeadora de rodillos enfriada internamente que tiene rodillos de moldeo colocados lateralmente que forman una línea de contacto entre ellos, y que forman una piscina de moldeo de acero fundido que se soporta en los rodillos de moldeo por encima de la línea de contacto y se confina adyacente a los extremos de los rodillos de moldeo por diques laterales,

rotar en sentido contrario los rodillos de moldeo para solidificar las capas metálicas en los rodillos de moldeo a medida que los rodillos de moldeo se mueven a través de la piscina de moldeo, y formar de las capas metálicas hacia abajo a través de la línea de contacto entre los rodillos de moldeo una banda de acero,

enfriar la banda de acero a una velocidad de al menos 10 °C por segundo,

laminar en caliente la banda de acero, y

enrollar la banda de acero laminada en caliente para proporcionar una banda de acero moldeada delgada enrollada que tiene una composición que comprende en peso, menos de 0,25 % de carbono, entre 0,20 y 2,0 % de manganeso, entre 0,05 y 0,50 % de silicio, menos de 0,01 % de aluminio, al menos un elemento que se selecciona del grupo que consiste en niobio entre 0,01 % y 0,20 % y vanadio entre 0,01 % y 0,20%, y opcionalmente molibdeno entre 0,05 % y 0,50 %, el resto es Fe e impurezas inevitables, y que tiene una microestructura mayoritaria compuesta por bainita y ferrita acicular y que tiene más de 70 % de niobio y/o vanadio en disolución sólida, en donde el paso de enrollado se realiza a una temperatura entre 450 y 700 °C.

10. El método para preparar una banda de acero moldeada delgada enrollada como se reivindica en la reivindicación 9, en donde el límite de elasticidad de la banda de acero es de al menos 410 MPa y el paso de laminación en caliente proporciona una reducción del grosor de la banda de acero entre 20 % y 40 %.

11. El método para preparar una banda de acero moldeada delgada enrollada como se reivindica en la reivindicación 9 o 10, que incluye adicionalmente el paso de endurecimiento por envejecimiento de la banda de acero a una temperatura entre 550 °C y 800 °C.