ES2971703T3 - Chapa de acero recocido y laminada en caliente de alta tenacidad y procedimiento de fabricación de la misma - Google Patents

Chapa de acero recocido y laminada en caliente de alta tenacidad y procedimiento de fabricación de la misma Download PDF

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Abstract

La invención se refiere a una lámina de acero recocido y laminada en caliente que tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso: C: 0,1 - 0,25 %, Mn: 3,00 - 5,00 %, Si: 0,80 - 1,60 %, B: 0,0003 - 0,004 %, S <= 0,010 %, P <= 0,020 %, N <= 0,008 % siendo el resto de la composición hierro e impurezas inevitables resultantes de la fundición, y teniendo una microestructura compuesta, en fracción superficial, por: más del 20 % de ferrita recristalizada, siendo el resto no -ferrita recristalizada, teniendo más del 15% de dicha ferrita recristalizada un tamaño de grano superior a 5 μm y una densidad de carburos en el límite de grano de la ferrita recristalizada inferior a 5 carburos por 10 μm de longitud del límite de grano. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Chapa de acero recocido y laminada en caliente de alta tenacidad y procedimiento de fabricación de la misma [0001] La presente invención se refiere a una lámina de acero de alta resistencia con alta tenacidad y baja dureza y a un procedimiento para obtener dicha chapa de acero.
[0002] Para fabricar diversos artículos, tales como piezas de elementos estructurales de carrocería y paneles de carrocería para vehículos automóviles, se conoce el uso de chapas hechas de aceros DP (fase dual) o aceros TRIP (plasticidad inducida por transformación).
[0003] Uno de los principales desafíos en la industria automotriz es disminuir el peso de los vehículos para mejorar su eficiencia en consumo de combustible en vista de la conservación global del medio ambiente, sin descuidar los requisitos de seguridad. Para cumplir con estos requisitos, la industria siderúrgica desarrolla continuamente nuevos aceros de alta resistencia, para tener chapas con mejor rendimiento y resistencia a la tracción, y buena ductilidad y formabilidad.
[0004] Uno de los desarrollos realizados para mejorar las propiedades mecánicas es aumentar el contenido de manganeso en los aceros. La presencia de manganeso ayuda a aumentar la ductilidad de los aceros gracias a la estabilización de la austenita. Pero estos aceros presentan debilidades de fragilidad. Para superar este problema, se añaden elementos como el boro. Estas químicas de boro añadido son muy duras en la etapa de laminado en caliente, pero la banda caliente es demasiado dura para ser procesada adicionalmente. La forma más eficiente de suavizar la banda caliente es el recocido por lotes, pero conduce a una pérdida de tenacidad.
[0005] Por ejemplo, la publicación US20050199322 describe una chapa de acero laminada en caliente con alto contenido de carbono que tiene excelente ductilidad y conformabilidad de bridas elásticas, siendo recocida la lámina de acero laminada en caliente para reducir la dureza de la chapa de acero.
[0006] Por lo tanto, existe un problema no resuelto en la técnica anterior para obtener una chapa de acero laminada en caliente que tenga alta tenacidad y baja dureza, compatible con un procedimiento adicional.
[0007] Por lo tanto, el objeto de la invención es resolver el problema mencionado anteriormente y proporcionar una chapa de acero que tenga una combinación de nivel de dureza inferior a 300 HV y alta tenacidad con energía de impacto Charpy a 20 °C superior a 0,40J/mm2.
[0008] El objeto de la presente invención se logra proporcionando una chapa de acero según la reivindicación 1. La chapa de acero también puede comprender las características de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7. El objeto de la invención es también proporcionar una chapa de acero laminada en frío según la reivindicación 8.
[0009] Ahora, la invención se describirá en detalle y se ilustrará mediante ejemplos sin introducir limitaciones.
[0010] En lo sucesivo, Ms designa la temperatura de inicio de la martensita, es decir, la temperatura a la que la austenita comienza a transformarse en martensita al enfriarse. Estas temperaturas se pueden calcular a partir de una fórmula:
[0011] A continuación se describirá la composición del acero según la invención, expresándose el contenido en porcentaje en peso.
[0012] Según la invención, el contenido de carbono está entre 0,1% y 0,25%. Por encima del 0,25 % de carbono, se puede reducir la soldabilidad de la chapa de acero. Si el contenido de carbono es inferior al 0,1 %, la fracción de austenita no se estabiliza lo suficiente como para obtener, después del recocido, la microestructura diana. En una realización preferida de la invención, el contenido de carbono está comprendido entre el 0,15 % y el 0,20 %.
[0013] El contenido de manganeso está comprendido entre el 3,00 % y el 5,00 %. Por encima del 5,00 % de adición, el riesgo de segregación central aumenta en detrimento de la tenacidad. El mínimo se define para estabilizar la austenita, para obtener, después del recocido, la microestructura diana. Preferentemente, el contenido de manganeso está entre 3,50 % y 5,00 %. En una realización preferida de la invención, el contenido de manganeso está comprendido entre el 3,50 % y el 4,50 %.
[0014] Según la invención, el contenido de silicio está comprendido entre 0,80 % y 1,60 %. Por encima del 1,60 %, el silicio es perjudicial para la tenacidad. Además, se forman óxidos de silicio en la superficie, lo que perjudica la capacidad de recubrimiento del acero. Una adición de silicio de al menos un 0,80 % ayuda a estabilizar una cantidad suficiente de austenita para obtener, después del recocido, la microestructura de acuerdo con la invención. En una realización preferida de la invención, el contenido de silicio está comprendido entre el 1,00 % y el 1,60 %.
[0015]Según la invención, el contenido de boro está comprendido entre 0,0003 % y 0,004 %. La presencia de boro retrasa la transformación bainítica a una temperatura más baja y la bainita formada a baja temperatura tiene una morfología de listón que aumenta la tenacidad. Por encima del 0,004 %, se promueve la formación de borocarburos en los límites de grano de austenita anteriores, lo que hace que el acero sea más quebradizo. Por debajo del 0,0003 %, no hay una concentración suficiente de B libre que se segregue en los límites de grano de austenita anteriores para aumentar la tenacidad del acero. En una realización preferida de la invención, el contenido de boro está comprendido entre el 0,001 % y el 0,003 %.
[0016]Opcionalmente, algunos elementos se pueden añadir a la composición del acero según la invención:
[0017]Se puede añadir titanio hasta un 0,04 % para proporcionar un refuerzo de la precipitación. Preferentemente, se añade un mínimo de 0,01 % de titanio además de boro para proteger el boro contra la formación de BN.
[0018]Opcionalmente, se puede añadir niobio hasta un 0,05 % con el fin de refinar los granos de austenita durante el laminado en caliente y de proporcionar un refuerzo de la precipitación. Preferentemente, la cantidad mínima de niobio añadida es del 0,0010 %.
[0019]Se puede añadir opcionalmente molibdeno hasta un 0,3 % para disminuir la segregación de fósforo. Por encima del 0,3 %, la adición de molibdeno es costosa e ineficaz en vista de las propiedades que se buscan.
[0020]El aluminio es un elemento muy efectivo para desoxidar el acero en la fase líquida durante su elaboración. El contenido de aluminio se puede añadir hasta un máximo de 0,90 %, para impedir la aparición de inclusiones e impedir problemas de oxidación.
[0021]Se permite un máximo del 0,80 % de cromo, por encima, se observa un efecto de saturación, y la adición de cromo es tanto inútil como costosa.
[0022]El resto de la composición del acero es hierro e impurezas resultantes de la fundición. A este respecto, P, S y N al menos se consideran elementos residuales que son impurezas inevitables. Su contenido es inferior al 0,010 % para S, inferior al 0,020 % para P e inferior al 0,008 % para N. En particular, el fósforo se segrega en el límite del grano y, para un contenido de fósforo superior al 0,020 %, se reduce la tenacidad del acero.
[0023]A continuación se describirá la microestructura de la chapa de acero recocida y laminada en caliente según la invención.
[0024]La chapa de acero laminada en caliente y recocida tiene una microestructura que consiste en, en fracción superficial, 20 % o más de ferrita recristalizada, siendo el resto ferrita no recristalizada (incluido 0 %), 15 % o más de dicha ferrita recristalizada que tiene un tamaño de grano mayor que 5 pm, y una densidad de carburos en el límite de grano de la ferrita recristalizada menor o igual a 5 carburos por 10 pm de longitud del límite de grano.
[0025]La ferrita recristalizada corresponde a granos de ferrita que recristalizaron durante el recocido en banda en caliente. Durante el laminado en caliente, los granos de austenita se alargan y presentan la llamada forma de panqueque(pancake).El laminado en caliente genera dislocaciones, que almacenan energía. Durante el recocido, dicha energía almacenada es una fuerza impulsora para formar granos de ferrita, con una densidad de dislocación muy baja dentro del grano. A medida que avanza la recristalización, la dureza del acero disminuye. Por debajo del 20 % de la ferrita recristalizada, no se alcanzan las propiedades diana. En una realización preferida de la invención, dicha ferrita recristalizada está entre 40 % y 60 %. En otra realización preferida de la invención, dicha ferrita recristalizada está entre 80 % y 100 %. El 15 % o más de ferrita recristalizada presenta un tamaño de grano superior a 5 pm, con el fin de alcanzar un bajo nivel de dureza.
[0026]La ferrita recristalizada se puede distinguir de la ferrita no recristalizada gracias a su morfología, que es equiaxial. La ferrita recristalizada observada con el modo BSE (electrones retrodispersados) en SEM (microscopio electrónico de barrido) presenta un contraste homogéneo, gracias a la baja densidad de dislocación.
[0027]El resto de la microestructura es ferrita no recristalizada, que está comprendida entre 0 % (incluido) y 80 %. La parte de bainita y martensita que no puede recristalizarse durante el recocido de banda caliente es la porción de ferrita no recristalizada.
[0028]La densidad de carburos en el límite del grano de la ferrita recristalizada es menor o igual que 5 carburos por 10 pm de longitud del límite de grano para mejorar la tenacidad del acero.
[0029]La chapa de acero laminada en caliente y recocida según la invención tiene una energía de impacto Charpy E a 20 °C superior a 0,40J/mm2 medida según la norma ISO 148-1:2006 (F) e ISO 148-1:2017(F).
[0030]La chapa de acero laminada en caliente y recocida según la invención tiene un nivel de dureza Vickers inferior a 300HV.
[0031]La chapa de acero según la invención se puede producir mediante cualquier procedimiento de fabricación adecuado y el experto en la materia puede definir uno. Sin embargo, se prefiere usar el procedimiento según la invención, que comprende las etapas siguientes:
Un semiproducto que puede ser laminado en caliente adicionalmente se proporciona con la composición de acero descrita anteriormente. El semiproducto se calienta a una temperatura comprendida entre 1150 °C y 1300 °C, para facilitar el laminado en caliente, con una temperatura final de laminado en caliente FRT dependiendo de la composición química del acero.
[0032]Para obtener propiedades específicas, el experto debe seleccionar la temperatura de laminado de acabado FRT que promueva la recristalización de la matriz después del recocido en banda caliente. Más allá de un cierto valor de FRT que depende directamente de la composición química del acero, la energía almacenada ya no es suficiente para recristalizar la ferrita después del recocido en banda caliente. Preferentemente, la FRT está comprendida entre 750 °C y 1000 °C. Más preferentemente, la FRT está comprendida entre 800 °C y 950 °C.
[0033]A continuación, el acero laminado en caliente se enfría y bobina a una temperatura Tbobina comprendida entre 20 °C y 550 °C. Preferentemente, la temperatura Tbobina está comprendida entre (Ms-100 °C) y 550 °C.
[0034]Después del bobinado, la chapa se puede decapar para eliminar la oxidación.
[0035]A continuación, la chapa de acero bobinada se recuece a una temperatura de recocido Ta inferior a Ac1. La chapa de acero se mantiene a dicha temperatura Ta durante un tiempo de mantenimiento ta comprendido entre 0,1 y 100 h con el fin de disminuir la dureza mientras se mantiene la tenacidad por encima de 0.4J/mm2 de la chapa de acero laminada en caliente. Para obtener propiedades específicas, el experto debe seleccionar Ta para favorecer la recristalización de la ferrita. Recocer a una temperatura demasiado baja limita la recristalización de la ferrita y promueve los carburos en los límites del grano, disminuyendo la tenacidad de la chapa de acero. Preferentemente, Ta está comprendida entre 500 °C y Ac1.
[0036]Después del recocido de banda en caliente, la densidad de carburos en el límite del grano es inferior a 5 carburos por 10 pm de longitud del límite de grano, lo que mejora la tenacidad del acero. A continuación, la chapa de acero recocida y laminada en caliente se enfría hasta temperatura ambiente.
[0037]La chapa de acero laminada en caliente y recocida tiene buenas propiedades de tenacidad y dureza que hacen posible un procedimiento adicional. La chapa de acero laminada en caliente y recocida a continuación se laminó en frío para obtener una chapa de acero laminada en frío que tiene un espesor que puede estar, por ejemplo, entre 0,7 mm y 3 mm, o incluso mejor en el intervalo comprendido entre 0,8 mm y 2 mm. El coeficiente de reducción del laminado en frío está comprendido preferentemente entre el 20% y el 80%.
[0038]La invención se ilustrará ahora mediante los siguientes ejemplos, que de ninguna manera son limitativos. Ejemplo 1
[0039]3 grados, cuyas composiciones se recogen en la tabla 1, se fundieron en semiproductos planos y se procesaron hasta obtener chapas de acero siguiendo los parámetros del procedimiento recogidos en la tabla 2.
T l 1 - m i i n
[0040]La temperatura Ac1 se ha determinado a través de pruebas de dilatometría y análisis de metalografía.
T l 2 - Pr m r r imi n
[0041]Luego se analizaron las chapas laminadas en caliente y recocidas y los correspondientes elementos de microestructura y propiedades mecánicas se reunieron respectivamente en las tablas 3 y 4.
T l - Mir r r l h r lmin n lin r i
[0042]Las fracciones superficiales se determinan mediante el siguiente procedimiento: se corta una muestra laminada en caliente y se recuece, se pule y se ataca con un reactivo conocidoper se,para revelar la microestructura. Posteriormente, la sección se examina a través de un microscopio electrónico de barrido, por ejemplo, con un microscopio electrónico de barrido con una pistola de emisión de campo ("FEG-SEM") con un aumento superior a 5000x, tanto en modo de electrones secundarios como en modo de electrones retrodispersados.
T l 4 - Pr i m ni l h r l min n li n r i
[0043]Para obtener propiedades específicas, el experto debe seleccionar la temperatura de laminación de acabado FRT para favorecer la recristalización de la matriz después del recocido.
[0044]Con el fin de obtener una chapa de acero laminada en caliente y recocida final con más del 20 % de ferrita recristalizada, siendo el resto ferrita no recristalizada, se han llevado a cabo ensayos con FRT de 800 °C, 850 °C, 900 °C y 950 °C, antes de recocerse a una temperatura Ta de 620 °C durante un tiempo ta de 23 h.
[0045]En los ensayos 1-4, el acero A se lamina en caliente con un FRT de 950 °C, 900 °C, 850 °C y 800 °C, respectivamente. Estos ejemplos muestran todas las propiedades deseadas gracias a su composición y microestructura específicas.
[0046]En los Ensayos 5-8, el acero B se lamina en caliente con FRT de 800 °C, 850 °C, 900 °C y 950 °C.
[0047]El alto FRT de los ensayos 5 y 6, respectivamente, 950 ° C y 900 ° C, conduce a un nivel de ferrita recristalizada después del recocido del 5 % y 10 %, más pequeño que el nivel deseado. En los ensayos 7-8, más del 98 % de la ferrita se recristaliza gracias al bajo nivel de FRT de 850 °C y 800 °C.
[0048]En los ensayos 9-12, el acero C se lamina en caliente con FRT de 800 °C, 850 °C, 900 °C y 950 °C.
[0049]En este caso, una FRT superior a 900 °C implica una microestructura fuera de la invención. Para los ensayos 9-11, la densidad de carburos en el límite del grano es mayor que el nivel deseado, lo que lleva a una baja tenacidad del acero.
Ejemplo 2
[0050]1 grado, cuya composición se recogen en la tabla 6, se fundió en semiproductos y se procesó hasta obtener chapas de acero siguiendo los parámetros del procedimiento recogidos en la tabla 7.
T - m i i n ími
T l 7 - Pr m r l r imi n
[0051]A continuación, las muestras resultantes se analizaron y los elementos de microestructura y propiedades mecánicas correspondientes se recogieron respectivamente en las tablas 8 y 9.
T l - Mir r r l h r lmin n li n r i
[0052]Las fracciones superficiales se determinan mediante el siguiente procedimiento: se corta una muestra laminada en caliente y se recuece, se pule y se ataca con un reactivo conocidoper se,para revelar la microestructura. Posteriormente, la sección se examina a través de un microscopio electrónico de barrido, por ejemplo, con un microscopio electrónico de barrido con una pistola de emisión de campo ("FEG-SEM") con un aumento superior a 5000x, tanto en modo de electrones secundarios como en modo de electrones retrodispersados.
T l - Pr i m ni l h r lmin n li n r i
[0053]Los ensayos 13-17 se han realizado con un FRT de 845 °C y variando la temperatura de recocido Ta, con el fin de obtener una chapa de acero recocido final con más del 20 % de ferrita recristalizada, siendo el resto ferrita no recristalizada, y para limitar los carburos en los límites del grano.
[0054]Si Ta es demasiado baja, como en los ensayos 13 y 14, la ferrita no está suficientemente recristalizada y el acero es demasiado duro. La alta cantidad de carburos formados en el límite del grano reduce la tenacidad del acero.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Chapa de acero laminada en caliente y recocida, hecha de un acero que tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso:
C: 0.1—0.25 %
Mn: 3.00—5.CIO %
Si: 0.80 - 1.60 %
B: 0,0003-0,004 %
S-s-0,010-%
P ¿ 0.020 %
Ns 0.008 %
y que comprende opcionalmente uno o más de los siguientes elementos, en porcentaje en peso:
Ti ^ 0.04 %
Nb¿0.05%
Mo-s-0,3-%
Al ¿ 0.90 %
Cr¿0,SO%
siendo el resto de la composición hierro e impurezas inevitables resultantes de la fundición, teniendo dicha chapa de acero una microestructura que comprende, en fracción superficial,
- 20 % o más de ferrita recristalizada
- siendo el resto ferrita no recristalizada,
-15 % o más de dicha ferrita recristalizada que tiene un tamaño de grano mayor que 5 pm
- y una densidad de carburos en el límite de grano de la ferrita recristalizada menor o igual a 5 carburos por 10 pm de longitud del límite de grano.
2. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según la reivindicación 1, donde el contenido de Si está comprendido entre 40 % y 60 %.
3. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según la reivindicación 1, donde el contenido de ferrita recristalizada está comprendido entre 80 % y 100 %.
4. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el contenido de manganeso es de entre el 3,50 % y el 4,50 %.
5. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el contenido de silicio es de entre el 1,00 % y el 1,60 %.
6. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la chapa de acero laminada en caliente y recocida tiene una energía de impacto Charpy a 20 °C superior a 0,40J/mm2, medida según la norma ISO 148-1:2006 (F) e ISO 148-1:2017(F).
7. Una chapa de acero laminada en caliente y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la chapa de acero laminada en caliente y recocida tiene un nivel de dureza inferior a 300HV.
8. Una chapa de acero laminada en frío obtenida a partir del laminado en frío de la chapa de acero laminada en caliente y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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