ES2987137T3 - Acero laminado en caliente o laminado en frío y recocido de alta resistencia y método para producirlo - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a una tira o chapa de acero que tiene una microestructura de fase compleja que comprende uno o más de ferrita, bainita libre de carburo, martensita y/o austenita retenida en su microestructura que comprende: - 0,16 - 0,25 % en peso de C; - 1,50 - 4,00 % en peso de Mn; - 5 - 50 ppm de B; - 5 - 100 ppm de N; - 0,001 - 1,10 % en peso de Al_tot; - 0,05 - 1,10 % en peso de Si; - 0 - 0,04 % en peso de Ti; - 0 - 0,10 % en peso de Cu; - 0 - 0,10 % en peso de Mo; - 0 - 0,10 % en peso de Ni; - 0 - 0,20 % en peso de V; - 0 - 0,05 % en peso de P; - 0 - 0,05 % en peso de S; - 0 - 0,10 % en peso de Sn; - 0 - 0,025 % en peso de Nb; - 0 - 0,025 % en peso de Ca; resto hierro e impurezas inevitables. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Acero laminado en caliente o laminado en frío y recocido de alta resistencia y método para producirlo
Esta invención se refiere a un laminado en caliente o laminado en frío y recocido de alta resistencia y método para producirlo.
En los últimos años, las láminas de acero (avanzadas) de alta resistencia, AHSS, se utilizan cada vez más en componentes de automóviles para reducir el peso y el consumo de combustible. Serie de aceros (avanzados) de alta resistencia, como HSLA, fase dual (DP), ferrítico-bainítico (FB), incluido el de bridas elásticas (SF), fase compleja (CP), plasticidad inducida por transformación (TRIP), conformado en caliente. La plasticidad inducida por hermanamiento (TWIP) se ha desarrollado para satisfacer las crecientes necesidades.
Sin embargo, las láminas de acero AHSS no se pueden aplicar fácilmente a una amplia variedad de componentes de automóviles porque su conformabilidad es relativamente pobre. A medida que los aceros se volvieron cada vez más resistentes, al mismo tiempo se volvió cada vez más difícil transformarlos en piezas de automóviles más complejas. En realidad, la aplicación real de los aceros AHSS (DP, CP y TRIP) a componentes de automóviles todavía está limitada por su formabilidad. Por lo tanto, mejorar la formabilidad y la capacidad de fabricación se convierte en un tema importante para la aplicación de AHSS.
La relación entre el alargamiento y la resistencia del AHSS ha quedado bien establecida a partir de las pruebas de tracción estándar y conduce a la conocida curva banana de resistencia-alargamiento. Los parámetros microestructurales que gobiernan la resistencia y la ductilidad del AHSS se entienden cualitativamente y, en menor grado, cuantitativamente. Sin embargo, el alargamiento no es el único parámetro que rige la conformabilidad en AHSS. Los grados AHSS tienen mecanismos de falla relevantes adicionales en comparación con los aceros dulces. Esto se debe principalmente a fallas locales que se observan más comúnmente en AHSS debido a la estructura multifásica y las transformaciones de fase durante la deformación. Estas fallas locales no necesariamente se correlacionan con el alargamiento y/o el valor n. Por lo tanto, los aceros que tienen alargamientos mayores (uniformes y totales) no siempre tienen una buena formabilidad. Las microestructuras que mejoran la ductilidad son diferentes de las que mejoran la formabilidad. La posición en el diagrama de alargamiento-resistencia no es suficiente para seleccionar los materiales adecuados para todas las piezas. En la mayoría de los casos, se necesita otra relación entre conformabilidad y resistencia para seleccionar la calidad del acero. Es esencial estudiar el comportamiento del AHSS en todas las condiciones de formación relevantes. Hay cuatro operaciones básicas en el conformado en prensa automotriz con diversos estados de tensión y deformación: embutición profunda, estiramiento, estiramiento-bridado y doblado. Cada modo de formado tiene un parámetro mecánico que lo rige específico, como el valor r (la relación entre la deformación plástica en el plano y la deformación plástica a través del espesor de una muestra de prueba de tracción), el valor A (relación de expansión del orificio) y el ángulo de flexión. Para algunas piezas difíciles de formar, en la aplicación se exigen altas propiedades de punzonabilidad, capacidad de estiramiento de bridas y fatiga.
La curva banana de resistencia-alargamiento ilustra que una alta resistencia se obtiene a expensas de un buen alargamiento, y se están haciendo continuos esfuerzos para escapar de la camisa de fuerza de la curva.
Sin embargo, las propiedades mecánicas (resistencia, alargamiento, A, ...) no son las únicas propiedades importantes para este tipo de aceros. La soldabilidad es también un parámetro clave, así como la galvanizabilidad. Si un acero de alta resistencia no se puede soldar, es relativamente inútil en la construcción de un vehículo, y la galvanizabilidad es crucial para garantizar una protección a largo plazo contra la corrosión.
Para conseguir una resistencia a la tracción superior a 1200 MPa, el estado de la técnica propone varias soluciones, cada una con sus inconvenientes: CA3006405 A1 divulga valores de resistencia a la tracción inferiores a 1200 MPa.
El documento EP2327810-A1 divulga un contenido de carbono superior al 0.2% en peso. Esto causa problemas de soldabilidad. El documento WO2016135794-A1 divulga un contenido de silicio superior al 1.2 % en peso, lo que provoca complicaciones durante el galvanizado. También en el documento WO2016135794-A1 el uso de Nb provoca fuerzas de laminado excesivas. El uso de titanio como se propone en el documento WO2015151427-A1 complica el decapado y, por tanto, el galvanizado. La combinación de altos contenidos de silicio y boro en el documento US20170022582-A1 da como resultado una formación excesiva de compuestos de Si-Bo(-Mn) durante el recocido continuo. Estos compuestos líquidos también complican la galvanización. Si el silicio es demasiado bajo y el aluminio es demasiado bajo, como se propone en el documento WO2015092982-A1 el alargamiento a la tracción es demasiado bajo y el manganeso demasiado alto como lo propone el documento US20140360632-A1 da lugar a fuerzas excesivas de laminación en frío y provoca fragilidad durante la laminación en frío provocando, por ejemplo, un agrietamiento excesivo de los bordes. Además, un nivel demasiado alto de Mn hace que la galvanización sea más difícil y da lugar a una segregación excesiva de Mn.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una calidad de acero laminado en caliente que combine un rendimiento y una resistencia a la tracción muy altos con un buen alargamiento y excelentes valores de relación de expansión del agujero.
También es un objeto de la presente invención proporcionar una calidad de acero laminado en frío que combine un rendimiento y una resistencia a la tracción muy altos con un buen alargamiento y excelentes valores de relación de expansión del agujero.
También es un objeto de la presente invención proporcionar una calidad de acero con un límite elástico de al menos 600 MPa después del laminado por temple y una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa.
También es un objeto de la presente invención proporcionar una calidad de acero con buena soldabilidad y galvanizabilidad.
Uno o más de los objetivos se alcanza con una banda o lámina de acero que tiene una estructura de fase compleja que comprende uno o más de ferrita, bainita libre de carburo, martensita y/o austenita retenida en su microestructura que comprende (todos los porcentajes de composición están en % en peso, a menos que se indique lo contrario):
- 0.16 -0.25% en peso de C;
- 1.50-4.00 % en peso de Mn;
- 5-50 ppm B;
- 5 -100 ppm N;
- 0.001 -1.10 % en peso Al_tot;
- 0.05 -1.10% en peso de Si;
- 0 - 0.04 % en peso de Ti;
- 0 - 0.10 % en peso de Cu;
- 0 - 0.10 % en peso de Mo;
- 0 - 0.10 % en peso de Ni;
- 0 - 0.20 % en peso de V;
- 0 - 0.05 % en peso de P;
- 0 - 0.05 % en peso de S;
- 0 - 0.10 % en peso de Sn;
- 0 - 0.025 % en peso Nb
- 0 - 0.025 % en peso de Ca;
resto de hierro e impurezas inevitables, en el que la banda o lámina de acero después del laminado en caliente tiene un límite elástico de al menos 500 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 850 MPa, o en el que la banda o lámina de acero tiene un límite elástico de al menos 550 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 1000 MPa después del laminado en frío y el recocido.
En las reivindicaciones dependientes se proporcionan realizaciones preferibles.
La banda o lámina de acero de acuerdo con la invención se presenta como banda o lámina de acero laminada en caliente y laminada en frío y recocida. Tanto la banda como la lámina se benefician de una química y una microestructura equilibradas, aunque los niveles de rendimiento y resistencia a la tracción de la banda de acero laminada en caliente son inferiores a los que se pueden lograr con la variante laminada en frío y recocida. El laminado en frío y el recocido y la química adaptada proporcionarán las propiedades y la microestructura reivindicadas incluso si la banda de acero intermedia laminada en caliente no las proporciona.
La invención es una banda de acero con un calibre preferiblemente entre 0.5 y 3.5 mm, preferiblemente entre 0.6 y 2.5 mm, que cuando se fabrica continuamente como banda a menudo se proporciona como una banda enrollada. De esta banda se pueden cortar láminas. Las láminas pueden tener forma de piezas rectangulares o de piezas en bruto que pueden usarse para producir piezas mediante embutición profunda, estiramiento, rebordeado por estiramiento, conformación por laminación o doblado.
La microestructura puede contener entre 0 y 25 % en volumen de ferrita. La cantidad de martensita (templada) está entre 0 y 50 % en volumen, siendo el resto bainita libre de carburos. Se considera que la bainita libre de carburos está constituida por bainita con austenita retenida sin presencia de cementita. Por lo tanto, la microestructura global está libre de otros componentes microestructurales y, en particular, de componentes microestructurales ricos en carbono, como por ejemplo cementita gruesa o perlita. Sin embargo, pueden permitirse cantidades insignificantes y/o inevitables de estos otros componentes microestructurales que no afecten materialmente las propiedades o el rendimiento del acero de acuerdo con la invención.
El límite elástico de la banda o lámina de acero recocido y laminada en frío es de al menos 600 MPa.
Más preferiblemente, el límite elástico de la banda o lámina de acero recocido y laminada en frío es de al menos 650 MPa.
La composición química es la que se describe a continuación. Todos los elementos se dan en % en peso a menos que se indique lo contrario. La microestructura de las fases de acero consiste en una mezcla de bainita (libre de carburos), martensita y/o austenita retenida. Lo ideal es que no haya ferrita ni perlita en la microestructura. Pueden permitirse, pero no son deseables, cantidades residuales insignificantes de ferrita que no afecten significativamente a la microestructura. No debe haber perlita en la microestructura.
El manganeso (Mn) está presente entre 1.5 y 4 % en peso de Mn. La austenización completa durante la última etapa de recocido continuo es importante y el manganeso es fundamental para lograr esta austenización completa. Preferiblemente, el contenido de manganeso está entre 1.8 y 3.8 % en peso, más preferiblemente entre 2.1 y 3.7 % en peso e incluso más preferiblemente está entre 2.3 y 3.6 % en peso. Un valor máximo adecuado para el manganeso es 3.0 % en peso, o incluso 2.8 % en peso. A través de la ilustración, los cálculos de JMatPro con 2.0, 2.5 y 3.0 % en peso de Mn en el acero 5 muestran la influencia de la templabilidad del manganeso. Este efecto es aplicable generalmente a los aceros de acuerdo con la invención. El efecto del manganeso es visible en amplios rangos como se describe aquí anteriormente, pero el control de la templabilidad mejora con rangos más estrechos de manganeso. Con mayores cantidades de manganeso, la templabilidad a velocidades de enfriamiento más bajas aumenta. Opcionalmente, el límite inferior aumenta a 1.6 % en peso.
Carbono (C): Se requiere una concentración mínima de carbono para la templabilidad y la formación suficiente de austenita durante el recocido continuo. Una concentración de carbono demasiado baja no permite una austenización completa durante el recocido continuo. Por lo tanto, se usa un rango límite inferior de 0.16 % en peso, preferiblemente 0.165 % en peso, más preferiblemente 0.17 % en peso y lo más preferiblemente se usa 0.175% en peso. Una alta concentración de carbono da como resultado un rendimiento de soldadura inadecuado. Un valor superior a 0.24 % en peso reduciría fuertemente la soldabilidad, por lo que se elige 0.24 como límite superior preferible. Preferiblemente, el contenido de carbono es como máximo 0.21 % en peso, más preferiblemente se utiliza como máximo 0.205 % en peso.
Se añade boro (B) para mejorar la templabilidad cuando la temperatura inicial de bainita (Bs) y la temperatura inicial de martensita (Ms) no están influenciadas o están mínimamente influenciadas. El boro es difícilmente soluble en la matriz total y, por lo tanto, se segrega en los límites de los granos donde forma parcialmente compuestos de boruro de hierro o de boruro de hierro y carburo. Mediante la segregación hacia los límites de los granos, el boro suprime la transformación de austenita en ferrita. A medida que se segrega, el boro retrasa la transformación de austenita a ferrita, bainita y perlita y, por tanto, se evita una transformación excesiva de fase inmediata. Esto ayuda a controlar la ruta de enfriamiento en una planta de recocido continuo. Otra ventaja de la segregación de boro en los límites de los granos es que reemplaza parcialmente al fósforo (P). El fósforo en los límites de los granos puede causar fragilidad después de la soldadura y, por lo tanto, la sustitución del fósforo por boro mejora la soldabilidad. Es inevitable que parte del boro reaccione con el nitrógeno para formar nitruros de boro. Esta reacción puede suprimirse parcial o casi por completo añadiendo elementos en concentraciones suficientemente altas que tengan una mayor afinidad por el nitrógeno que el boro. Por lo tanto, la composición de la invención debería contener titanio y/o aluminio, que se unen al nitrógeno y evitan así la formación de BN.
Debido a su templabilidad, la resistencia del acero de acuerdo con la invención puede alcanzar 1300-1550 MPa. Se debe evitar un contenido de boro demasiado alto (por encima de 0.005 % en peso (= 50 ppm)) ya que su efecto de templabilidad se satura por encima de 50 ppm y pueden desarrollarse efectos adversos de la presencia de boro. Un contenido elevado de boro puede provocar fragilidad debido a la acumulación excesiva de compuestos de boruro de hierro o de carburo de boruro de hierro. Preferiblemente, el contenido de boro es inferior al 0.004 % en peso (40 ppm) y más preferiblemente inferior al 0.003 % en peso (30 ppm), ya que el boro también tiene tendencia a acumularse en la superficie en forma de óxidos mixtos de bajo punto de fusión. Esto afecta negativamente a la capacidad de recubrimiento del zinc. Por otro lado, para una buena templabilidad es importante que todos los granos contengan una cantidad suficiente de boro. Para esto se requiere una cantidad mínima de 0.0005 % en peso (5 ppm). Valores inferiores al 0.0005 % en peso pueden provocar una templabilidad no homogénea y una variación de la resistencia. Por lo tanto, desde una perspectiva práctica de control de la planta y para lograr una calidad constante, el contenido de boro es preferiblemente al menos 0.001% en peso (10 ppm), más preferiblemente al menos 0.0012% en peso e incluso más preferiblemente más del 0.0015 % en peso (15 ppm).
El nitrógeno (N) está preferentemente por debajo del 0.01 % en peso (100 ppm). Preferiblemente está unido a aluminio o titanio, de modo que se evita la formación de nitruro de boro. Un valor máximo adecuado es 0.006 % en peso (60 ppm). Más preferiblemente, el nitrógeno está por debajo del 0.005 % en peso (50 ppm). Al menos 0.0005 % en peso (5 ppm) de nitrógeno está presente en el acero.
Opcionalmente se utiliza titanio (Ti) para unir nitrógeno. Podría estar presente sólo como elemento residual, es decir, no añadido como elemento de aleación sino como resultado inevitable del proceso de fabricación de acero, y si se añade como elemento de aleación, la cantidad es preferiblemente de al menos 0.010%en peso para unir nitrógeno y así proteger que el boro forme BN. Más preferiblemente, la cantidad de titanio es al menos 0.015% en peso. En este sentido, el contenido de titanio es preferentemente al menos estequiométrico o ligeramente sobreestequiométrico con respecto al nitrógeno (Ti/N > 3.42). Si el titanio no es al menos estequiométrico o ligeramente sobreestequiométrico con respecto al nitrógeno, entonces el contenido de aluminio debe ser tal que el efecto combinado de Ti y Al sea al menos estequiométrico o ligeramente sobreestequiométrico con respecto al nitrógeno. En otras palabras: Ti % en peso) - 3.42N % en peso) ^ 0. Si no todo el nitrógeno está unido al titanio (que es el formador de nitruro más fuerte), entonces el resto del nitrógeno, N*, debe estar unido al aluminio Al % en peso - 1.92N* % en peso) ^ 0. Si no hay titanio presente en el acero, entonces N=N* Todos los aceros inventivos tienen contenidos de Ti y Al para garantizar que todo el nitrógeno esté unido a Ti o Al.
Una cantidad máxima adecuada es 0.040 % en peso, ya que puede afectar negativamente a la calidad de un recubrimiento de zinc porque durante el laminado en caliente podría formarse FeTiOx que es difícil de eliminar de la superficie mediante decapado. Preferiblemente, el contenido de titanio es como máximo 0.030 % en peso, y más preferiblemente es como máximo 0.025 % en peso y lo más preferiblemente como máximo 0.021 % en peso.
El aluminio se utiliza para unir oxígeno y nitrógeno en forma de óxidos, nitruros u oxinitruros mixtos en forma de inclusiones o precipitados. Se utiliza una mayor concentración de Al para suprimir la formación de cementita. El aluminio es lo que se llama un agente letal. Garantiza que el contenido de oxígeno en el acero líquido se reduzca para que no se formen burbujas de oxígeno durante la fundición, evitando así la porosidad. La porosidad es perjudicial para las propiedades más importantes. Cualquier exceso de aluminio puede unirse al nitrógeno para proteger el boro, particularmente en ausencia de titanio. La concentración de aluminio es preferiblemente de al menos 0.030 % en peso, ya que por debajo de esa concentración es necesario agregar titanio para suprimir el nitrógeno libre. Una cantidad máxima adecuada es 1.10% en peso, preferiblemente como máximo 0.75 % en peso, más preferiblemente como máximo 0.67 % en peso. El valor del aluminio en el contexto de esta invención se da como la cantidad total en el acero, Al_tot, que es la suma del aluminio presente como alúmina y cualquier otro aluminio, por ejemplo, unido a nitrógeno o no unido en una solución sólida, generalmente denominado Al_sol. Entonces Al_tot = Al_sol Al en AhO<3>.
El silicio también es un agente letal y puede unir el oxígeno en el acero líquido. También se utiliza para fortalecer el acero, principalmente mediante endurecimiento en solución sólida, y para suprimir la formación de cementita. En presencia de silicio se mejora la formación de austenita retenida después del recocido continuo. Sin embargo, el silicio puede deteriorar la calidad del recubrimiento de zinc y dar lugar a rayas de tigre en el recubrimiento de zinc, que son difíciles o a veces imposibles de eliminar del acero laminado en caliente mediante decapado, y pueden permanecer visibles después del laminado en frío y el galvanizado. Además, altas cantidades de silicio pueden dar como resultado una formación excesiva de óxido en la (sub)superficie que deteriora la adhesión del zinc al sustrato de acero. Además, los altos contenidos de silicio pueden provocar problemas de soldadura debido a la entrada de zinc líquido desde la superficie galvanizada, lo que también se conoce como fragilización del metal líquido.
Por lo tanto, existe un límite de silicio inferior y uno superior. Preferiblemente, está presente al menos 0.050 % en peso de silicio. Sin embargo, más preferiblemente está presente en concentraciones más significativas como 0.25 % en peso e incluso más preferiblemente al menos 0.30 % en peso está presente en el acero. Una cantidad máxima adecuada es 1.10% en peso. Es preferible que I(A l Si) < 1.2% en peso. También es preferible que I(A l Si) > 0.60 % en peso. Preferiblemente I(A l Si) está entre 0.9 y 1.15 % en peso.
El calcio (Ca) puede estar presente en el acero y su contenido será mayor en caso de que se utilice un tratamiento con calcio para el control de inclusiones y/o prácticas antiobstrucción para mejorar el rendimiento de la fundición. La pequeña cantidad de calcio se añade para desulfurar y/o desoxidar el acero líquido y/o modificar posibles inclusiones nocivas. El uso de un tratamiento con calcio es opcional en la presente invención. Si no se utiliza ningún tratamiento con calcio, el Ca estará presente como una impureza inevitable del proceso de fabricación y fundición de acero y su contenido será como máximo del 0.025 %, preferiblemente como máximo el 0.015 % y normalmente del 0.002 % en peso a como máximo el 0.010 % en peso. Si se utiliza un tratamiento con calcio, el contenido de calcio de la banda o lámina de acero no excede generalmente de 100 ppm, y entonces suele estar entre 5 y 70 ppm. En algunos casos, por ejemplo para suprimir la cantidad de compuesto AlxOy inclusiones en el acero final, se prefiere no utilizar un tratamiento con calcio. En ese caso, cualquier calcio se considera entonces un elemento residual, y los valores de calcio residual están preferiblemente por debajo de 100 ppm, más preferiblemente por debajo de 70 ppm.
El azufre y el fósforo se mantienen preferiblemente al mínimo y son como máximo 0.05% en peso, preferiblemente como máximo 0.02 y más preferiblemente como máximo 0.01 % en peso. Para calidades bajas en azufre, el contenido de azufre es como máximo 50 ppm (0.005 % en peso %), preferiblemente como máximo 0.002 % en peso y más preferiblemente como máximo 0.0015 % en peso.
Las adiciones de molibdeno, níquel, cobre, niobio y cromo pueden afectar fuertemente las propiedades de la aleación. Sin embargo, estos no son esenciales para la invención y, por lo tanto, se limitarán a las cantidades máximas permitidas y preferiblemente se limitarán al nivel de elementos residuales, también conocidos como impurezas inevitables, que son las impurezas inevitables e inevitables presentes en el acero como resultado del proceso de producción.
Se debe evitar el cromo porque es un formador de ferrita. Una cantidad máxima permitida es 0.05 % en peso. Debe evitarse el niobio debido al aumento de la fuerza de laminación que provoca en el laminador de bandas en caliente. Una cantidad máxima permitida es 0.025 % en peso. Preferiblemente, no hay niobio en el acero excepto como una impureza inevitable, es decir, un elemento residual. El molibdeno, el níquel y el cobre están individualmente limitados preferiblemente a 0.10 % en peso. Más preferentemente, la suma de Mo, Ni y Cu no supera el 0.10 % en peso. Sin embargo, preferiblemente no se realizan adiciones de molibdeno, níquel, cobre, niobio o cromo, y las cantidades presentes en el acero son sólo niveles residuales.
Opcionalmente se utiliza estaño para mejorar la calidad del recubrimiento de zinc. Con la presencia de silicio ayuda a aumentar la calidad del recubrimiento de zinc y a reducir las rayas de tigre. Sus límites están entre niveles de impureza y 0.1 % en peso. El Sn es difícil de eliminar de la chatarra de acero, por lo que preferiblemente se limita al 0.08 % en peso.
Se puede añadir vanadio a la aleación y aumenta la templabilidad, mientras que también puede formar precipitados con nitrógeno, pero más preferiblemente con carbono. Con contenidos bajos puede mejorar la resistencia sin poner en peligro el alargamiento. Sin embargo, un exceso de vanadio tiene tendencia a formar una gran cantidad de martensita sin temple de martensita. El nivel de vanadio está limitado a 0.20 %, preferiblemente a como máximo 0.15, más preferiblemente como máximo 0.135% en peso y lo más preferiblemente como máximo 0.13 % en peso.
En una realización, la banda o lámina de acero de acuerdo con la invención está provista de un revestimiento metálico en la superficie superior y/o inferior, preferiblemente un revestimiento a base de zinc. El revestimiento de la banda laminada en caliente con un revestimiento metálico puede, por ejemplo, realizarse en un proceso de deposición electrolítica o mediante inmersión en caliente en un ciclo de calor para recubrir (HTC). El calor en el ciclo HTC puede tener un efecto beneficioso debido al templado de la martensita, lo que puede beneficiar los valores de alargamiento. Por otra parte, una temperatura demasiado alta puede afectar negativamente a la microestructura. El término superficie superior y/o inferior se refiere a las superficies principales de la banda. El recubrimiento de la banda laminada en frío se puede realizar inmediatamente después del proceso de recocido o como un ciclo HTC. También se pueden utilizar procesos de recubrimiento alternativos como la pulverización por chorro de zinc. Se pueden utilizar revestimientos conocidos a base de zinc.
Los inventores descubrieron que para los aceros de acuerdo con la invención la ecuación modificada propuesta por Ito y Bessyo para el parámetro de fisuración PC fue un buen predictor de soldabilidad:
Si Mn Cu Cr Mo V d
P= f<h>-------1----------------------- 1--------1-------1-------c 30 20 15 10 600
en el que los contenidos de aleación se dan en % en peso. El espesor de la placa, d, se da en mm (Ito & Bessyo, Fórmula de soldabilidad para aceros de alta resistencia, I.I.W Documento IX-576-68). Aceros con Pc Se encontró que los valores iguales o inferiores a 0.365 funcionan mejor en términos de soldabilidad que aquellos con un valor superior a 0.365.
Sin embargo, la mayor ventaja no son sólo los valores más bajos de HAZ, sino que un menor contenido de C mejora drásticamente la calidad de la soldadura con respecto a los contenidos críticos de azufre y fósforo, donde este último se acumula especialmente en los límites de los granos y provoca fragilidad. Además, se evita el exceso de silicio que puede provocar fragilización tras la soldadura debido a una excesiva oxidación interna y/o fragilización del metal líquido.
En este caso, la adición de boro mejora considerablemente el rendimiento de la soldadura, ya que el boro se segrega preferentemente en los límites de los granos, reduciendo así la segregación de fósforo (ver “Phosphorous and boron segregation during resistance spot welding of advanced high strength steels” , Amirthalingam, M., den Uijl, N. J., van der Aa, E. M., Hermans, M. J. M. & Richardson, I. M. 2013 Trends in Welding Research, Proceedings of the 9th International Conference. Chicago, Illinois: ASM International, p.
217-226)
La invención también se materializa en el método de fabricación de tiras o láminas de acero recocido y laminadas en frío que tienen una microestructura de fase compleja que comprende una o más de bainita libre de carburo, martensita y/o austenita retenida en su microestructura, el método comprende la etapa de fundición. una placa gruesa o delgada, que comprende:
- 0.16 -0.25% en peso de C;
- 1.50 - 4.00 % en peso de Mn;
- 5-50 ppm B;
- 5 -100 ppm N;
- 0.001 -1.10%en peso Al_tot;
- 0.05 -1.10% en peso de Si;
- 0 - 0.04 % en peso de Ti;
- 0-0.10% en peso de Cu;
- 0 - 0.10 % en peso de Mo;
- 0 - 0.10 % en peso de Ni;
- 0 - 0.20 % en peso de V;
- 0 - 0.05 % en peso de P;
- 0 - 0.05 % en peso de S;
- 0 - 0.10 % en peso de Sn;
- 0 -0.025 % en peso de Nb;
- 0 -0.025 % en peso de Ca;
- resto de hierro e impurezas inevitables;
seguido por la etapa de recalentar la placa solidificada a una temperatura de entre 1050 y 1250 °C, laminar en caliente la placa de acero y terminar dicho laminado en caliente a una temperatura de acabado de laminado en caliente en la Ar<3>-temperatura o superior, enfriando la banda laminada en caliente a una velocidad de enfriamiento de entre 5 y 220 °C/s y enrollando la banda o lámina de acero laminada en caliente en el rango de temperatura entre 200 y 625 °C, seguido por el laminado en frío y recocido, en el que la banda o lámina de acero después del laminado en frío y el recocido y el laminado templado tiene un límite elástico de al menos 600 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa.
El laminado en frío y el recocido y la química adaptada proporcionarán las propiedades y la microestructura reivindicadas incluso si la banda de acero intermedia laminada en caliente no las proporciona.
En las reivindicaciones dependientes se proporcionan realizaciones preferidas. De acuerdo con la invención, el límite elástico de la banda o lámina de acero recocido y laminada en frío es de al menos 600 MPa después del laminado por temple. Más preferiblemente, el límite elástico de la banda o lámina de acero recocido y laminada en frío es de al menos 650 MPa. Las reducciones típicas del laminado por templado están entre 0.1 y 1 % de reducción. Preferiblemente la reducción es como máximo del 0.5 %.
La elección de la temperatura de bobinado es tal que se suprime en gran medida la precipitación de carburos de vanadio y carburos de titanio en la bobina laminada en caliente y enfriada. Esto es importante para mantener bajas las fuerzas de laminación en frío del proceso de laminación en frío posterior, si corresponde. Preferiblemente, el enrollado se realiza por debajo de 605 °C, más preferiblemente por debajo de 595 °C. La ventaja es que se suprime la oxidación interna de la bobina además de la supresión de la formación de precipitados en forma de carburos en el producto intermedio laminado en caliente. El intervalo de espesor del acero laminado en caliente se sitúa preferentemente entre 2 y 7 mm, más preferentemente al menos 2.5 y/o como máximo 5 mm. El nivel de resistencia del acero laminado en caliente y el nivel de resistencia a la tracción varían entre 800 y 1200 MPa cuando se enrolla entre 550 y 350 °C. Se puede obtener una mayor resistencia enrollando a una temperatura más baja. El material se decapa después del laminado en caliente, opcionalmente añadiendo un inhibidor de decapado. El decapado normalmente se realiza a una temperatura de 60-90 °C usando una solución ácida de HCl, opcionalmente con cepillado adicional o agitación. El decapado es importante debido a la tendencia del boro a acumularse en la superficie en forma de óxidos mixtos de bajo punto de fusión. Esto afecta negativamente a la capacidad de recubrimiento del zinc y éste debe eliminarse mediante decapado. Un efecto adicional de la tendencia del boro a acumularse en la superficie y su posterior eliminación es que la capa superficial de la banda de acero está empobrecida en boro en comparación con la mayor parte de la banda, lo que se considera beneficioso para la capacidad de flexión de la banda.
La lámina de acero laminada en frío y recocida de la invención se produce decapando una lámina de acero laminada en caliente, laminando en frío la lámina decapada para formar una lámina de acero laminada en frío y luego realizando el galvanizado en caliente de la lámina de acero laminada en frío. en una línea continua de galvanizado en caliente, como es el caso de la lámina de acero galvanizada en caliente normal. Las condiciones del proceso para el laminado en caliente para producir la lámina de acero laminada en caliente, las condiciones para el decapado, las condiciones para el laminado en frío para producir la lámina de acero laminada en frío y las condiciones para el galvanizado en el proceso de galvanizado en caliente no está particularmente limitado y, por lo tanto, se pueden emplear en la invención las condiciones que normalmente se emplean en la fabricación de la lámina de acero galvanizada en caliente. Más específicamente, en el laminado en caliente, se fija una temperatura de calentamiento en un rango de 1100 a 1300 °C, una temperatura de acabado en el rango austenítico pero no inferior a 840 °C, y una temperatura de bobinado en no menos de 200 °C. La reducción de la laminación en frío no está particularmente limitada.
La invención se explicará con más detalle mediante las figuras no limitantes 1 a 4.
La Figura 1 muestra el resultado del cálculo de la templabilidad con un contenido creciente de manganeso en función de la velocidad de enfriamiento después de la austenización.
La Figura 2 muestra el diagrama CCT calculado de un acero de acuerdo con la invención. Se indican cuatro curvas de enfriamiento en las que la primera (velocidad de enfriamiento más rápida) da como resultado un acero completamente martensítico, la segunda en un acero bainítico-martensítico y las dos más lentas cruzan las líneas de inicio de ferrita, inicio de perlita, inicio de bainita e inicio de martensita. Utilizando estos diagramas CCT se puede determinar la velocidad de enfriamiento óptima después del laminado en caliente o el recocido.
La figura 3 muestra el equilibrio que debe lograrse entre soldabilidad y galvanización. El cuadrado en la esquina inferior izquierda del gráfico muestra combinaciones de carbono y silicio que dan como resultado una buena soldabilidad y una buena galvanización.
Las etapas de recocido se describirán a continuación con referencia a la Figura 4 esquemática. El calentamiento se puede realizar por cualquier medio conocido y la velocidad de calentamiento promedio está entre 10 y 100 °C/s. Primero, en el proceso de saturación térmica, la temperatura se ajusta en un rango de 760 a 900 °C, y el tiempo a esta temperatura está en un rango de 15 a 250 segundos. Este proceso de saturación térmica es muy crítico para formar la microestructura requerida. Dependiendo de la microestructura deseada y de las propiedades mecánicas, la inmersión en el recocido continuo se realiza a una temperatura de recocido entre Ac<1>y Ac<3>(intercrítico) o superior a Ac<3>(austenítico). En el recocido austenítico se forma principalmente bainita/martensita/austenita retenida en la microestructura final y en el recocido intercrítico también se forma ferrita en la microestructura. La saturación térmica no tiene por qué realizarse de forma isotérmica. La saturación térmica se puede realizar de forma isotérmica, como se muestra en la Figura 4, o de forma no isotérmica como se muestra en la Figura 4 con la línea discontinua. Luego, la lámina se enfría hasta que alcanza la temperatura de sobreenvejecimiento y el tiempo a esta temperatura de sobreenvejecimiento está en un rango de 15 a 500 segundos. Si la temperatura de sobreenvejecimiento es inferior a la temperatura del zinc fundido o de la aleación de zinc (los rangos de temperatura de la masa fundida se indican con dos líneas horizontales discontinuas), entonces la banda se recalienta, por ejemplo, por inducción, y se galvaniza en caliente. En la Figura 4, enfriar desde la temperatura de saturación térmica hasta la temperatura de sobreenvejecimiento comprende enfriar el acero a una velocidad de enfriamiento promedio de entre 1 y 20 °C/s, preferiblemente entre 1 y 10 °C/s hasta una temperatura cercana (superior o inferior) la temperatura Ac1 (enfriamiento primario) y luego enfriar el acero a una velocidad de enfriamiento promedio de entre 10 y 100 °C/s hasta una temperatura de 350 a 500 °C (enfriamiento secundario) para evitar la formación de cementita, seguido de galvanizado (HDG). Después de galvanizar, la banda se enfría a temperatura ambiente. Si no se produce un envejecimiento excesivo, la galvanización se realiza durante el enfriamiento desde la temperatura de saturación térmica. Esto se muestra en la Figura 4 esquemática (“sin excedente”). Después de enfriar el material galvanizado en caliente, se lamina para obtener la forma correcta, la rugosidad del recubrimiento de zinc (aleación) y las propiedades mecánicas.
Después del recocido continuo, seguido opcionalmente del galvanizado en caliente, pero antes del laminado por temple, el acero en bobinas puede recocerse por lotes a una temperatura baja entre 170 y 350 °C, preferiblemente entre 170 y 250 °C durante 12 a 250 horas preferiblemente durante 12 a 30 horas, después de lo cual se deja enfriar a temperatura ambiente. Este recocido a baja temperatura es beneficioso para los valores de alargamiento porque sirve como templado de las fases duras de la microestructura. La banda así obtenida puede recubrirse mediante PVD, pulverización por chorro o cualquier otra técnica de deposición de zinc. Opcionalmente, la banda es recocida continuamente como se describió anteriormente pero sin galvanizado en caliente. Después del recocido por lotes posterior o durante el calentamiento en una instalación de deposición de zinc entre 170 y 350 °C, la banda se recubre de zinc usando PVD, pulverización por chorro o cualquier otra técnica de deposición de zinc (pero no HDG).
El recubrimiento de zinc aplicado (HDG, PVD, pulverización por chorro o aplicado de otro modo) consiste en un recubrimiento de zinc o un recubrimiento de aleación de zinc. El recubrimiento de aleación de zinc puede comprender 0.3 - 4.0 % en peso de Mg y 0.05 - 6.0 % en peso de Al, opcionalmente como máximo 0.2 % de uno o más elementos adicionales, impurezas inevitables y siendo el resto zinc. Se puede utilizar el nivel mínimo de aluminio de 0.05 % en peso, ya que no es importante evitar todas las reacciones entre Fe y Zn. Sin aluminio, las aleaciones sólidas y espesas de Fe-Zn crecen en la superficie del acero y el espesor del recubrimiento no se puede regular suavemente limpiando con un gas. Un contenido de aluminio del 0.05 % en peso es suficiente para evitar la formación problemática de aleaciones Fe-Zn. Preferiblemente, el contenido mínimo de aluminio en la capa de recubrimiento de aleación de zinc es al menos 0.3 % en peso. Opcionalmente, la banda recubierta de zinc se galvaniza. En lugar de un revestimiento de aleación de zinc, se puede utilizar un revestimiento a base de aluminio y silicio, por ejemplo para aplicaciones de conformación en caliente.
De acuerdo con la invención, la banda de acero laminada en frío y recocida tiene un Rp (límite elástico) de al menos 600 MPa y un Rm (resistencia a la tracción) de al menos 1200 MPa. Preferiblemente, la Rp es al menos 650 MPa. Preferiblemente, la Rm (resistencia a la tracción) es al menos 1300 MPa.
Las propiedades de tracción informadas se basan en la geometría de tracción JIS5 para el material laminado en frío y A50 para el material laminado en caliente (longitud de calibre 50 mm) con pruebas de tracción paralelas a la dirección de laminado de acuerdo con EN 10002-1/ISO 6892-1 (2009).
Para determinar la relación de expansión del orificio A, que es un criterio para la capacidad de estirar las bridas, se utilizaron tres muestras cuadradas (90 x 90 mm).2) se cortaron de cada hoja, seguido de perforar un agujero de 10 mm de diámetro en la muestra. La prueba de expansión de los orificios de las muestras se realizó con rebaba superior. Desde abajo se empujó un punzón cónico de 60° y el diámetro del agujero dF se midió cuando se formó una grieta en todo el espesor. La relación de expansión del orificio A se calculó usando la siguiente fórmula con do=10 mm:
Tabla 4: Estimación de la microestructura a partir de dilatometría/análisis de microestructura después de un recocido continuo austenítico (840 °C) o intercrítico (800 °C) (B/A = bainita libre de carburos (bainita (B) con austenita retenida (A)), F = ferrita y M/ A = Martensita (con austenita retenida (A)).
0
Q_
E0
OQ_
"<O>
(O
CD
<E>(D
<COO>
"O
(ü
C0O
O
"<(>O<ü>
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0
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0
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CO
<0>co
o
TCD
0
O
1
CM
<.>.(<Q>ü
2
2
3
Tabla 3 - Condiciones del proceso de banda laminada en caliente y resultados
4

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Banda o lámina de acero laminada en caliente, laminada en frío, recocida y laminada templada que tiene una estructura de fase compleja que comprende uno o más de ferrita, bainita libre de carburo, martensita y/o austenita retenida en su microestructura que comprende:
- 0.16 - 0.25 % en peso de C;
- 1.50 - 4.00 % en peso de Mn;
- 5-50 ppm B;
- 5 - 100 ppm N;
- 0.001 - 1.10 % en peso Al_tot;
- 0.05 -1.10 % en peso de Si;
- 0 - 0.04 % en peso de Ti;
- 0 - 0.10 % en peso de Cu;
- 0 - 0.10 % en peso de Mo;
- 0 - 0.10 % en peso de Ni;
- 0 - 0.20 % en peso de V;
- 0 - 0.05 % en peso de P;
- 0 - 0.05 % en peso de S;
- 0 - 0.10 % en peso de Sn;
- 0 - 0.025 % en peso Nb
- 0 - 0.025 % en peso de Ca;
resto hierro e impurezas inevitables, en el que la banda o lámina de acero después del laminado en frío y recocido y laminado templado tiene un límite elástico de al menos 600 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa.
2. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de boro es de al menos 10 ppm y/o como máximo de 40 ppm.
3. Acero de acuerdo con la reivindicación
que el Ca está entre 5 y 100 ppm.
4. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en
que I(A l Si) < 1.25.
5. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en
que I(A l Si) > 0.60.
6. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en
que PC < 0.365, en el que
d
600
y en el que los contenidos de aleación se dan en % en peso y el espesor de la placa, d, se da en mm.
7. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de manganeso es al menos 2.3 y/o como máximo 3.6 % en peso.
8. Acero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido de silicio es al menos 0.30 y/o como máximo 1.05 % en peso.
9. Un método para fabricar una banda o lámina de acero laminada en caliente o laminada en frío y recocida que tiene una microestructura de fase compleja que comprende una o más de bainita libre de carburo, martensita y/o austenita retenida en su microestructura, el método comprende la etapa de fundir una placa gruesa o delgada, que comprende:
- 0.16 - 0.25 % en peso de C;
5
- 1.50 - 4.00%en peso de Mn;
- 5-50 ppm B;
- 5 - 100 ppm N;
- 0.001 -1.10 % en peso Al_tot;
- 0.05 -1.10 % en peso de Si;
- 0 - 0.04 % en peso de Ti;
- 0 - 0.10 % en peso de Cu;
- 0 - 0.10 % en peso de Mo;
- 0 - 0.10 % en peso de Ni;
- 0 - 0.20 % en peso de V;
- 0 - 0.05 % en peso de P;
- 0 - 0.05 % en peso de S;
- 0 - 0.10 % en peso de Sn;
- 0 - 0.025 % en peso de Nb;
- 0 - 0.025 % en peso de Ca;
- resto hierro e impurezas inevitables;
seguido por la etapa de recalentar la placa solidificada a una temperatura de entre 1100 y 1300 °C, laminar en caliente la placa de acero y terminar dicho laminado en caliente a una temperatura de acabado de laminado en caliente en la Ar<3>-temperatura o superior, enfriando la banda laminada en caliente a una velocidad de enfriamiento de entre 5 y 220 °C/s y enrollando la banda o lámina de acero laminada en caliente en el rango de temperatura entre 200 y 625 °C, seguido por el laminado en frío y recocido, en el que la banda o lámina de acero acabada después del laminado en frío y el recocido y el laminado templado tiene un límite elástico de al menos 600 MPa y una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la temperatura de bobinado está entre 350 y 550 °C, preferiblemente entre 375 y 525 °C.
11. Método de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 en el que la banda de acero laminada en caliente se decapa, se lamina en frío, se recoce a una temperatura de recocido entre Ac1 y Ac3, o por encima de Ac3, se enfría y, opcionalmente, se lamina al temple, y en el que el límite elástico de la banda laminada o la banda laminada templada es de al menos 600 MPa y la resistencia a la tracción es de al menos 1000 MPa.
12. Método de acuerdo con la reivindicación 9 o 10 en el que el acero laminado en caliente se decapa, se lamina en frío, se recoce a una temperatura de recocido entre Ac1 y Ac3, o por encima de Ac3, se enfría seguido de un recocido a baja temperatura, preferiblemente a una temperatura de recocido de entre 170 a 350 °C, preferentemente entre 170 y 250 °C durante 12 a 250 horas, y laminado templado.
13. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la banda o lámina de acero está provista de un revestimiento de zinc o de aleación de zinc, o de un revestimiento de aleación de aluminiosilicio, y opcionalmente galvanizada después del revestimiento.
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