ES2999365T3 - Method for manufacturing a high-strength steel sheet and sheet obtained by the method - Google Patents

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Abstract

Un método para fabricar una lámina de acero de alta resistencia que tiene una resistencia a la tracción de más de 1100 MPa y un límite elástico de más de 700 MPa, un alargamiento uniforme UE de al menos 8,0% y un alargamiento total de al menos 10%, hecha de un acero que contiene en porcentaje en peso: 0,1% <= C <= 0,25%, 4,5% <= Mn <= 10%, 1% <= Si <= 3%, 0,03% <= Al <= 2,5%, siendo el resto Fe e impurezas resultantes de la fundición, siendo la composición tal que CMnÍndice = Cx(1 + Mn/3,5) <= 0,6, comprendiendo el método las etapas de recocido de una lámina laminada hecha de dicho acero sumergiéndola a una temperatura de recocido TA superior al punto de transformación Ac1. del acero pero inferior a 1000°C, enfriar la chapa recocida a una temperatura de temple QT entre 190°C y 80°C a una velocidad de enfriamiento suficiente para obtener una estructura justo después del enfriamiento que contenga martensita y austenita retenida, mantener la chapa de acero a una temperatura de sobreenvejecimiento PT entre 350°C y 500°C durante un tiempo de sobreenvejecimiento Pt de más de 5 s enfriar la chapa hasta la temperatura ambiente. Chapa obtenida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la fabricación de una lámina de acero de alta resistencia y lámina obtenida mediante el procedimiento
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una lámina de acero de alta resistencia utilizando una línea de tratamiento térmico continuo y a la lámina obtenida mediante dicho procedimiento.
Para producir diversos equipos, tales como remolques, camiones, máquinas agrícolas, piezas de automóviles, etc., se utilizan láminas de acero de alta resistencia fabricadas de aceros DP (fase dual) o TRIP (plasticidad inducida por transformación). Algunos de estos aceros que se producen en líneas de recocido continuo, que contienen, por ejemplo, aproximadamente 0,2 % de C, aproximadamente 2 % de Mn y aproximadamente 1,7 % de Si, tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 980 MPa.
Con el fin de reducir el peso de los equipos fabricados con estos aceros, lo que es muy deseable para mejorar su eficiencia energética, se propuso utilizar aceros CMnSi que contenían de 0,1% a 0,4% de C, de 2% a 4% de Mn, hasta 2% de Si o Si+Al, siendo dichos aceros tratados térmicamente para tener una estructura martensítica con un contenido significativo de austenita retenida o una estructura ferrito-martensítica. Dichos aceros se utilizan para producir calidades que tienen una resistencia a la tracción de más de 1000 MPa. Estas láminas se producen en líneas de recocido continuo y opcionalmente se recubren por inmersión en caliente. Las propiedades mecánicas de las láminas dependen de la cantidad de austenita residual que tiene que ser suficientemente alta. Esto requiere que la austenita sea suficientemente estable. Además, para realizar el tratamiento en líneas existentes con una buena productividad, es deseable que los puntos de transformación característicos del acero tales como Ac-i, Ac3, Ms y Mf no sean demasiado restrictivos.
Por estas razones, sigue existiendo la necesidad de disponer de un acero y un proceso para fabricar fácilmente láminas de acero de alta resistencia en líneas de tratamiento térmico continuo.
Un procedimiento para fabricar una lámina de acero de alta resistencia según la invención se define en la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes del procedimiento.
Preferiblemente, la composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
la temperatura de recocido AT es superior a 760 °C, la temperatura de temple QT es inferior a 170 °C y la estructura del acero contiene entre un 20% y un 30% de austenita retenida.
En una realización particular, la temperatura de temple también puede ser inferior a 150 °C.
En una realización, la temperatura de sobreenvejecimiento PT está entre 380 °C y 470 °C y la lámina se mantiene a la temperatura de sobreenvejecimiento durante un tiempo Pt entre 90 segundos y 600 segundos.
En una realización, la composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
6,5% < Mn < 7,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
la temperatura de recocido AT es superior a 710 °C, la temperatura de temple QT está entre 120 °C y 180 °C, la temperatura de sobreenvejecimiento PT está entre 350 °C y 450 °C y el tiempo de sobreenvejecimiento Pt está entre 50 segundos y 600 segundos.
En una realización particular fuera de la invención reivindicada, la composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
y la temperatura de recocido AT es menor que el punto de transformación AC3 del acero, la temperatura de temple QT está entre 110°C y 170°C, la temperatura de sobreenvejecimiento PT está entre 350°C y 450°C, el tiempo de sobreenvejecimiento Pt está entre 5 segundos y 600 segundos y preferiblemente entre 90 segundos y 600 s, conteniendo la estructura del acero al menos un 15% de ferrita, al menos un 50% de martensita y al menos un 15% de austenita retenida.
Preferiblemente, la composición química del acero satisface al menos una de las siguientes condiciones:
0,03% < Al < 0,5%
Si Al > 1,4%
1,4% < Al < 2,5%
En una realización, la temperatura de sobreenvejecimiento PT está entre 440 °C y 470 °C y la lámina se mantiene a la temperatura de sobreenvejecimiento durante un tiempo Pt entre 5 segundos y 60 segundos. En este caso, el mantenimiento a la temperatura de sobreenvejecimiento se puede realizar haciendo pasar la lámina en un baño de recubrimiento por inmersión en caliente. Después de pasar por un baño de recubrimiento por inmersión en caliente, la lámina se puede mantener adicionalmente a una temperatura entre 480 °C y 570 °C para ser galvanizada antes de ser enfriada hasta la temperatura ambiente.
El recocido, el temple y el sobreenvejecimiento se pueden realizar en una línea de tratamiento térmico continuo, tal como una línea de recocido continuo que opcionalmente comprende una sección de recubrimiento por inmersión en caliente.
La preparación de la lámina mediante laminación puede comprender laminación en caliente de un bloque y opcionalmente laminación en frío.
Una lámina de acero de alta resistencia según la invención se define en la reivindicación 14. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes del producto.
La composición química del acero es preferiblemente tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
Entonces, el límite elástico YS puede ser mayor que 1100 MPa, la resistencia a la tracción TS mayor que 1350 MPa, el alargamiento uniforme UE puede ser mayor que 10,0% y el alargamiento total TE mayor que 12,0%.
En una realización, la composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
6,5% < Mn < 7,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
y el límite elástico YS es superior a 1000 MPa y la resistencia a la tracción TS es superior a 1100 MPa.
En una realización particular fuera de la invención reivindicada, la composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
y la estructura del acero comprende al menos un 15% de ferrita, al menos un 50% de martensita y al menos un 15% de austenita retenida.
Preferiblemente, la composición química del acero satisface al menos una de las siguientes condiciones:
0,03 < Al < 0,5%
Si Al > 1,4%
1,4% < Al < 2,5%
En cualquier caso, al menos una de las caras de la lámina puede comprender un recubrimiento metálico o un recubrimiento metálico aleado, tal como un recubrimiento de zinc o un recubrimiento de zinc aleado.
A continuación se describirá la invención en detalle y se ilustrará mediante ejemplos sin introducir limitaciones.
El acero que se utiliza para fabricar láminas de acero de alta resistencia según la presente invención tiene la siguiente composición:
- 0,1 % < C < 0,25 % para garantizar una resistencia satisfactoria y mejorar la estabilidad de la austenita. Preferiblemente, el contenido de carbono es superior al 0,15 %.
- 4,5% < Mn < 10%. El contenido de manganeso debe ser superior al 4,5% para mejorar la estabilidad de la austenita retenida mediante un mayor enriquecimiento químico de la austenita en manganeso y la disminución del tamaño de grano de la austenita. Se espera que la disminución del tamaño de grano de la austenita reduzca la distancia de difusión y, por lo tanto, promueva la difusión de C y Mn durante la etapa de sobreenvejecimiento. Además, un contenido de manganeso superior al 4,5% disminuye el punto de transformación Ms, los puntos de transformación Ac1 y Ac3, lo que facilita la realización del tratamiento térmico. Por ejemplo, cuando se reduce el punto Ac3, se puede reducir la temperatura de recocido, lo que facilita el calentamiento, es decir, es posible reducir la potencia de calentamiento o aumentar la velocidad de pase de la lámina. Pero, el contenido de manganeso debe permanecer por debajo del 10% para no disminuir demasiado la ductilidad y la soldabilidad. Preferiblemente, el contenido de manganeso es inferior al 7,5%, y preferiblemente inferior al 5,5%. Pero, en una realización particular, es superior al 6,5%. Cabe señalar que la adición de Al aumenta el Ac3 y contrarresta el efecto del Mn, dicha adición no es perjudicial hasta un 2,5% de Al.
Los contenidos de C y Mn son tales que el índice carbono-manganeso Índice CM = C x (1 Mn / 3,5) es menor o igual a 0,6 para asegurar que la martensita no sea demasiado frágil, lo cual es deseable para permitir el corte mecánico en buenas condiciones. En esta fórmula, C y Mn son los contenidos en % en peso.
-1% < Si < 3% y preferiblemente Si > 1,4% para estabilizar la austenita, proporcionar un refuerzo de la solución sólida y retrasar la formación de carburos durante la redistribución del carbono de la martensita a la austenita resultante del sobreenvejecimiento. Pero con un contenido demasiado alto, se formarán óxidos de silicio en la superficie, lo que es perjudicial para la capacidad de recubrimiento. Por lo tanto, el contenido de silicio es preferiblemente menor o igual al 1,8%.
- 0,03% < Al < 2,5%. Se añade Al para desoxidar el acero líquido y aumenta la robustez, lo que significa que la evolución de la fracción de austenita es menos sensible a la temperatura de recocido. El contenido mínimo de Al es del 0,03%. En un contenido alto, el aluminio retrasa la formación de carburos durante la redistribución del carbono de la martensita a la austenita resultante del sobreenvejecimiento. Para retrasar la formación de carburos, el contenido mínimo de Al+Si debe ser del 1,4%. Preferiblemente, el contenido de Al es de al menos el 1,4% para permitir la soldabilidad del acero. El máximo de Al es del 2,5%, por encima de dicha cantidad, se forma ferrita delta a alta temperatura. La ferrita delta es perjudicial para la soldabilidad y es una fase frágil. Debe indicarse que el Al aumenta significativamente el punto de transformación Ac3, lo que dificulta el recocido; dicho efecto se contrarresta con la presencia de altos contenidos de Mn. En particular, cuando no existe ningún problema particular de soldabilidad, el contenido de Al puede permanecer igual o inferior al 0,5%. De esta manera, la temperatura de transformación Ac3 no aumenta, lo que permite mejorar la productividad de la línea de recocido continuo.
El resto es Fe e impurezas resultantes de la fundición. Dichas impurezas incluyen N, S, P y elementos residuales, tales como Cr, Ni, Mo, Cu y B.
El contenido de N permanece inferior al 0,01%, el contenido de S inferior al 0,01%, el contenido de P inferior al 0,02%, el contenido de Cr inferior al 0,1%, el contenido de Ni inferior al 0,1%, el contenido de Mo inferior al 0,05%, el contenido de Cu inferior al 0,2% y el contenido de B inferior al 0,0010%.
Con este tipo de acero se producen láminas laminadas en caliente. Estas láminas laminadas en caliente tienen un grosor comprendido, por ejemplo, entre 2 mm y 5 mm.
Opcionalmente, las láminas laminadas en caliente se laminan en frío para obtener láminas laminadas en frío que tienen un grosor comprendido entre 0,5 mm y 2 mm, por ejemplo. El experto en la materia sabe cómo producir dichas láminas laminadas en caliente o en frío.
A continuación, las láminas laminadas en caliente o en frío se tratan térmicamente en una línea de tratamiento térmico continuo, tal como una línea de recocido continuo que comprende al menos una zona de calentamiento capaz de calentar la lámina hasta una temperatura de recocido, una zona de remojo capaz de mantener la lámina a la temperatura de recocido o alrededor de esta temperatura, una zona de enfriamiento capaz de enfriar rápidamente la lámina hasta una temperatura de temple QT, una zona de recalentamiento capaz de calentar la lámina hasta una temperatura de sobreenvejecimiento PT y una zona de sobreenvejecimiento capaz de mantener la lámina a la temperatura de sobreenvejecimiento o alrededor de esta temperatura durante un tiempo Pt. Opcionalmente, la zona de sobreenvejecimiento puede ser una zona de recubrimiento por inmersión en caliente que comprende al menos un baño de recubrimiento por inmersión en caliente que contiene un metal líquido, tal como zinc y opcionalmente una zona de aleación.
Dicha línea de tratamiento térmico continuo es conocida por los expertos en la materia. El tratamiento térmico tiene por objeto conferir al acero una estructura adecuada para obtener las características deseadas de resistencia y ductilidad y, posiblemente, para realizar la inmersión en caliente de la lámina.
Se debe tener en cuenta que los contenidos de los componentes microestructurales generalmente se indican como una fracción de superficie basada en imágenes de microscopio óptico y de barrido.
En cualquier caso, la temperatura de recocido AT es mayor que el punto de transformación Ac1 del acero para formar suficiente austenita capaz de ser transformada mediante temple y sobreenvejecimiento.
Si la estructura de la lámina antes del recocido contiene ferrita y perlita y si se desea un contenido significativo de ferrita después del temple y el sobreenvejecimiento, la temperatura de recocido debe permanecer menor que el punto de transformación Ac3 del acero para una realización fuera de la invención reivindicada.
La estructura antes del temple es completamente austenítica, la temperatura de recocido AT es superior al punto de transformación Ac3 del acero, pero permanece inferior a 1000°C para no engrosar demasiado los granos austeníticos lo cual es desfavorable para la ductilidad de la estructura obtenida.
En cualquier caso, es necesario mantener la lámina a esa temperatura de recocido al menos 60 s, pero no es necesario más de 200 segundos.
Se desea que durante el temple y sobreenvejecimiento, la austenita que se forma durante la etapa de recocido se transforme al menos parcialmente en martensita. La temperatura de temple QT debe ser menor que el punto de transformación Ms del acero y con una velocidad de enfriamiento suficiente para obtener una estructura justo después del temple que contenga al menos martensita. La velocidad mínima de enfriamiento que es la velocidad crítica de enfriamiento martensítico depende al menos de la composición química del acero y los expertos en la materia saben cómo determinarla. Como se desea preferiblemente tener una estructura que contenga un contenido significativo de austenita retenida, la temperatura QT no debe ser demasiado baja y debe elegirse de acuerdo con el contenido deseado de austenita retenida. Por esa razón, la temperatura de temple está entre 190°, que es menor que el punto de transformación Ms, y 80°C para tener una cantidad suficiente de austenita retenida. Sin embargo, la temperatura de temple es inferior a 190° porque, cuando es superior a esta temperatura, la cantidad de austenita retenida es demasiado importante y esta austenita retenida puede transformarse en martensita nueva después de la partición y el enfriamiento hasta temperatura ambiente, lo que es perjudicial para la ductilidad. Más específicamente, es posible determinar para cada composición química del acero una temperatura de temple óptima QTop que teóricamente logra un contenido óptimo de austenita residual. Esta temperatura de temple óptima se puede calcular utilizando una relación entre la composición química del acero y Ms que fue establecida recientemente por los inventores:
Ms = 561 -474 x C - 33 x Mn - 17 x Cr -21 x Mo -11 x Si - 17 x Ni 10 x Al
Y la relación Koistinen Marburg:
fa' = 1 -e x p {-0,011 x (Ms-T)}
fa' es la proporción de martensita a la temperatura T durante el temple,
y suponiendo que, después del temple hasta una temperatura QT, el acero se sobreenvejece a una temperatura mayor que QT y que debido al sobreenvejecimiento, la partición del carbono entre la martensita y la austenita restante se realiza completamente.
Los expertos en la materia saben cómo realizar este cálculo.
La temperatura de temple óptima QTop no es necesariamente la temperatura de temple QT que se elige para realizar los tratamientos térmicos reales. Preferiblemente, la temperatura de temple QT se elige igual o próxima a esta temperatura de temple óptima e inferior a 190°C porque, cuando la temperatura de temple es demasiado alta, después de la partición, la austenita se transforma al menos parcialmente en martensita nueva y la estructura obtenida es muy frágil. Con el acero según la presente invención, el contenido máximo de austenita residual que es posible obtener después de una austenización completa está entre el 20% y el 45%. Como durante el sobreenvejecimiento o después del mismo, parte de la austenita residual puede transformarse en bainita o en martensita nueva, la estructura que se obtiene después de una austenización completa contiene algo de ferrita o algo de bainita, el contenido total de dichos constituyentes es inferior al 10% y preferiblemente inferior al 5% y la estructura contiene al menos el 65% de martensita. Con el acero según la presente invención, cuando la temperatura de temple QT es inferior a 80 °C, el contenido de austenita de la estructura es demasiado bajo, inferior a aproximadamente el 8 %, e incluso puede ser completamente martensítico. En este caso, la estructura que se obtiene después de la partición puede ser muy frágil.
Cuando la austenización no es completa, es decir, cuando la temperatura de recocido está entre el punto de transformación Ac1 y el punto de transformación Ac3 del acero, lo que queda fuera de la invención reivindicada, el contenido de austenita y martensita depende del contenido de ferrita después del recocido, es decir, depende de la temperatura de recocido. Pero, preferiblemente, el contenido de ferrita está entre el 10% y el 40%, lo que queda fuera de la invención reivindicada, más preferiblemente superior al 15% y más preferiblemente inferior al 35%, el contenido de martensita es al menos el 50% y el contenido de austenita retenida es al menos el 10% y preferiblemente al menos el 15%.
Cuando la estructura contiene martensita y austenita retenida, el propósito del sobreenvejecimiento es generalmente transferir carbono de la martensita a la austenita retenida para mejorar la ductilidad de la martensita y aumentar el contenido de carbono de la austenita para hacer posible un efecto TRlP, sin formar una cantidad significativa de bainita y/o de carburos. Para esto, la temperatura de sobreenvejecimiento PT debe estar entre 350°C y 500°C y el tiempo de sobreenvejecimiento Pt debe ser al menos 5 segundos y preferiblemente de más de 90 segundos para que el enriquecimiento de la austenita en carbono sea suficiente. Pero este tiempo no debe ser demasiado largo y preferiblemente no debe ser más de 600 segundos para que no haya descomposición o casi ninguna descomposición de la austenita en una estructura como la bainita. En cualquier caso, la temperatura de sobreenvejecimiento PT debe elegirse suficientemente alta dado el tiempo de sobreenvejecimiento Pt que depende de las características de la línea de recocido y del grosor de la lámina, para tener suficiente transferencia de carbono de la martensita a la austenita, es decir, suficiente partición.
En una realización particular, la temperatura de sobreenvejecimiento PT es igual a la temperatura óptima para el recubrimiento por inmersión en caliente, es decir, entre 440 °C y 470 °C y típicamente aproximadamente 460 °C. Además, el sobreenvejecimiento puede realizarse al menos parcialmente mediante el pase de la lámina en el baño de recubrimiento por inmersión en caliente. En este caso, la temperatura de sobreenvejecimiento está entre 5 segundos y 60 segundos. Si la capa de recubrimiento se alea mediante calentamiento y mantenimiento a una temperatura entre 480 °C y 570 °C para el recocido galvanizado, este tratamiento contribuirá al sobreenvejecimiento del acero.
De manera más precisa, con un acero que tiene la siguiente composición: 0,15% < C < 0,25%, 4,5% < Mn < 5,5%, 1,4% < Si < 1,8%, 0,03 < Al < 2,5%, siendo el resto Fe e impurezas, es posible obtener una lámina de acero de alta resistencia que tiene un límite elástico YS superior a 1100 MPa, una resistencia a la tracción TS superior a 1350 MPa y un alargamiento uniforme UE de más del 10% y un alargamiento total TE de más del 12% si el índice CMn permanece inferior al 0,6%. Estas propiedades se pueden obtener si la estructura es esencialmente martensítica con un contenido significativo de austenita retenida, preferiblemente conteniendo más del 65% de martensita y más del 20% de austenita retenida, siendo la suma de los contenidos restantes de ferrita y bainita inferior al 10%.
La lámina puede estar recubierta o no. Cuando está recubierta, puede estar galvanizada o galvarecocida.
Para obtener dicho acero, es necesario recocer la lámina a una temperatura superior al punto de transformación Ac3 del acero y templarla hasta una temperatura inferior al punto de transformación Ms seguido de un recalentamiento hasta la temperatura de sobreenvejecimiento.
En cuanto al punto de transformación Ac3, se puede observar que para este acero, es inferior a aproximadamente 750 °C cuando el contenido de Al es inferior al 0,5%, mientras que es de aproximadamente 850 °C para los aceros generalmente utilizados para producir láminas de esta categoría. Esta diferencia de aproximadamente 100 °C es muy importante porque es más fácil calentar una lámina hasta una temperatura que solo debe ser superior a 750 °C que hasta una temperatura que debe ser superior a 850 °C. El calentamiento necesita menos energía y puede ser más rápido. Por lo tanto, es posible tener una mejor productividad, al mismo tiempo, los puntos Ac1 y Ac3 no deben estar demasiado cerca porque si lo están, la robustez del acero se verá afectada ya que un pequeño cambio de temperatura de recocido inducirá una gran modificación de las fracciones de fase y, en consecuencia, propiedades mecánicas inestables.
Cuando el contenido de Al está entre 1,4% y 2,5%, el punto de transformación Ac3 puede ser superior a 850°C, pero se mejora la soldabilidad del acero.
Con este acero, también es posible obtener láminas que tienen una estructura fuera de la invención reivindicada y que contienen al menos un 50% de martensita, al menos un 10% y preferiblemente al menos un 15% de austenita retenida y al menos un 10% y preferiblemente al menos un 15% de ferrita. Para ello, la temperatura de recocido debe estar entre los puntos de transformación Ac1 y Ac3, lo cual está fuera de la invención reivindicada, y la temperatura de temple debe ser menor que el punto de transformación Ms. El límite elástico puede ser superior a 1300 MPa y el alargamiento total puede ser de aproximadamente un 14%, lo cual es muy bueno para la conformabilidad de la lámina. Pero, el límite elástico es de solo aproximadamente 750 MPa.
Con un acero que contiene de 0,15% a 0,25% de C, de 6,5% a 7,5% de Mn, de 1,4% a 1,8% de Si, menos de 0,03 < Al < 2,5%, siendo el resto Fe e impurezas, es posible obtener un límite elástico superior a 1000 MPa y una resistencia a la tracción superior a 1100 MPa con una estructura que consiste en martensita y austenita retenida. Debido al alto contenido de Mn, los puntos de transformación Ac1 y Ms de este acero se reducen significativamente: Ac1 inferior a 450 °C y Ms inferior a 250 °C. Además, Ac3 se reduce si el contenido de Al es inferior al 0,5%. En este caso, Ac3 podría ser inferior a 700 °C. Esto es útil ya que los tratamientos térmicos son más fáciles de realizar, es decir, son posibles tratamientos de recocido más rápidos y que consumen menos energía.
Se produjeron láminas de aceros que tenían las composiciones que se indican en la tabla I mediante laminación en caliente, teniendo las láminas laminadas en caliente un grosor de 2,4 mm. Las láminas laminadas en caliente se recocieron por lotes a 600 °C durante 5 horas, a continuación se decaparon y se laminaron en frío para obtener láminas que tenían un grosor de 1,2 mm. A continuación, estas láminas se trataron térmicamente.
Antes del tratamiento térmico, se determinó una temperatura de temple óptima QTop para cada composición. Esta temperatura de temple óptima es la temperatura a la que teóricamente se debe detener el temple para obtener el máximo contenido de austenita en la estructura después del tratamiento térmico. Sin embargo, no es necesariamente la temperatura QT la que es preferible elegir para el tratamiento térmico real.
Cada tratamiento térmico incluyó un recocido a una temperatura de recocido AT, un temple hasta una temperatura de temple QT, un sobreenvejecimiento a una temperatura de sobreenvejecimiento PT durante un tiempo de sobreenvejecimiento Pt. Se midieron las estructuras y las propiedades mecánicas YS, TS, UE y TE.
El índice de carbono-manganeso CMnlndex, los valores de los puntos de transformación Ae-i, Ae3 y Ms de los aceros y la temperatura óptima de temple QTop se indican en la Tabla I. Los puntos de transformación Ae1 y Ae3 son los valores en equilibrio y no dependen de la velocidad de calentamiento ni del tiempo de mantenimiento a la temperatura de transformación, al contrario que Ac1 y Ac3, que son los puntos de transformación de calentamiento. Los valores de los puntos de transformación de calentamiento son siempre superiores a los valores de equilibrio y dependen de las condiciones reales de tratamiento. Los expertos en la materia saben cómo determinar los valores de los puntos de transformación que deben considerarse en cada caso específico. Las condiciones, las estructuras y las propiedades mecánicas resultantes de los tratamientos de los aceros según la invención o que se indican a modo de comparación se indican en la Tabla II y la Tabla III. Los contraejemplos correspondientes a aceros fuera del alcance de la invención se indican en la Tabla IV.
Tabla I
En esta tabla, las piezas fundidas H166 y H167 son ejemplos de la invención. Las piezas fundidas H240, H169 y H170 quedan fuera del alcance de la invención y se dan a modo de comparación.
Tabla II
Tabla III
Tabla IV
7,8
Los ejemplos 1 a 19 se refieren a un acero que contiene 0,2% de C, 5% de Mn, 1,6% de Si y 0,03% de Al según la invención. El ejemplo 1 corresponde a un tratamiento de temple y revenido según la técnica anterior, siendo el temple hasta la temperatura ambiente y siendo la estructura casi completamente martensítica. Para el ejemplo 19, el recocido es intercrítico, lo que queda fuera de la invención reivindicada.
Todos los ejemplos 2 a 19 muestran que es posible obtener un límite elástico superior a 700 MPa y una resistencia a la tracción superior a 1100 MPa. Los ejemplos 2, 3, 4, 12, 13, 14 y 16 muestran que con una temperatura de temple igual o inferior a 160 °C y superior o igual a 120 °C y una partición (o sobreenvejecimiento) a 400 °C durante 500 s, es posible obtener un límite elástico superior a 1050 MPa y una resistencia a la tracción superior a 1350 MPa. Pero, cuando la temperatura de temple es superior a 160 °C (ejemplos 5, 6, 7 y 15), incluso si la resistencia a la tracción es al menos 1342 MPa, el límite elástico sigue siendo inferior a 1000 MPa. Los ejemplos 2, 3, 4, 8, 9, 12, 14 y 19 muestran que es posible obtener un alargamiento uniforme UE superior al 10% y un alargamiento total TE superior al 12%. Los ejemplos 1, 6 y 7 en los que el alargamiento total es igual al alargamiento uniforme son muy frágiles y muestran que deben permanecer por debajo de 180°C. El ejemplo 1 muestra que el límite elástico y la resistencia a la tracción que se obtienen con un temple total son superiores a los valores de un temple parcial, pero las muestras son muy frágiles.
Los ejemplos 20 a 25 de acero con un alto contenido de aluminio y por lo tanto más fácilmente soldable pueden tener muy buenas propiedades, por ejemplo, un límite elástico de al menos 950 MPa, una resistencia a la tracción de al menos 1315 MPa, un alargamiento uniforme superior al 12% y un alargamiento total superior al 15% (ejemplos 20 y 21). Pero una comparación con los ejemplos 23 a 25 muestra que es necesario que la temperatura de recocido se mantenga por debajo de 1000°C para no deteriorar el límite elástico o el alargamiento uniforme.
Los contraejemplos 27 a 32 muestran que con un acero que contiene 7,5% de manganeso y que tiene un equivalente de carbono Ceq > 0,6 es posible obtener un límite elástico elevado y una alta resistencia a la tracción (YS > 700 MPa y Ts >100 MPa), pero todos los ejemplos son muy frágiles. Los alargamientos totales son siempre iguales a los alargamientos uniformes y son muy bajos.
Los contraejemplos 33 a 38 muestran que el acero H167 que tiene un equivalente de carbono Ceq de 0,73 es muy frágil.
Los contraejemplos 39 a 44 relativos a un acero sin silicio muestran que, aunque el límite elástico y la resistencia a la tracción son similares a las de los aceros según la invención, los alargamientos nunca son tan elevados. El alargamiento uniforme máximo es de 6,7 y el alargamiento total máximo es de 9,4 (ejemplo 41).

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para fabricar una lámina de acero de alta resistencia que tiene una resistencia a la tracción de más de 1100 MPa, un límite elástico de más de 700 MPa, un alargamiento uniforme UE de al menos el 8,0 % y un alargamiento total de al menos el 10,0 %, fabricada de un acero que contiene en porcentaje en peso:
0,1% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 10%
1% < Si < 3%
0,03 < Al < 2,5%
siendo el resto Fe e impurezas resultantes de la fundición, incluyendo las impurezas N, S, P y elementos residuales que incluyen Cr, Ni, Mo, Cu y B, siendo el contenido de N inferior a 0,01%, el contenido de S inferior a 0,01%, el contenido de P inferior a 0,02%, el contenido de Cr inferior a 0,1%, el contenido de Ni inferior a 0,1%, el contenido de Mo inferior a 0,05%, el contenido de Cu inferior a 0,2% y el contenido de B inferior a 0,0010%,
siendo la composición tal que:
Indice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
siendo C y Mn los contenidos en C y Mn en % en peso,
comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- recocer una lámina laminada fabricada de dicho acero sumergiéndola a una temperatura de recocido TA superior al punto de transformación Ac1 del acero y superior al punto de transformación Ac3 del acero, pero inferior a 1000°C, y mantener la lámina a la temperatura de recocido durante un tiempo de 60 segundos a 200 segundos,
- enfriar la lámina recocida hasta una temperatura de temple QT comprendida entre 190° y 80°C, a una velocidad de enfriamiento suficiente para obtener una estructura justo después del enfriamiento que contiene martensita y austenita retenida, siendo la temperatura de temple QT tal que la estructura del acero después del tratamiento térmico contiene al menos un 20% de austenita retenida y al menos un 65% de martensita, siendo la suma de los contenidos de ferrita y bainita inferior al 10%,
- mantener la lámina de acero a una temperatura de sobreenvejecimiento PT comprendida entre 350°C y 500°C durante un tiempo de sobreenvejecimiento Pt de más de 5 segundos y,
- enfriar la lámina hasta la temperatura ambiente,
en el que los contenidos de elementos microestructurales se indican como una fracción de superficie basada en imágenes de microscopio óptico y de barrido.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,caracterizado porquela composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Cx (1 Mn/3,5) <0,6
por que la temperatura de recocido AT es superior a 760°C,por quela temperatura de temple QT es inferior a 170°C ypor quela estructura del acero contiene entre un 20% y un 30% de austenita retenida.
3. Procedimiento, según la reivindicación 2,caracterizado por quela temperatura de temple QT es inferior a 150°C.
4. Procedimiento, según la reivindicación 2 o 3,caracterizado por quela temperatura de sobreenvejecimiento PT está comprendida entre 380°C y 470°C ypor quela lámina se mantiene a la temperatura de sobreenvejecimiento durante un tiempo Pt comprendido entre 90 segundos y 600 segundos.
5. Procedimiento, según la reivindicación 1,caracterizado porquela composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
6,5% < Mn < 7,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Cx (1 Mn/3,5) <0,6
ypor quela temperatura de recocido AT es superior a 710 °C, la temperatura de temple QT está comprendida entre 120 °C y 180 °C, la temperatura de sobreenvejecimiento PT está comprendida entre 350 °C y 470 °C y el tiempo de sobreenvejecimiento Pt está comprendido entre 5 segundos y 600 segundos.
6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por quela composición química del acero es tal que:
0,03% < Al < 0,5%.
7. Procedimiento, según la reivindicación 6,caracterizado por quela composición química del acero es tal que:
Si Al > 1,4%.
8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por quela composición química del acero es tal que:
1,4% < Al < 2,5%.
9. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quela temperatura de sobreenvejecimiento PT está comprendida entre 440°C y 470°C y la lámina se mantiene a la temperatura de sobreenvejecimiento durante un tiempo Pt comprendido entre 5 segundos y 60 segundos.
10. Procedimiento, según la reivindicación 9,caracterizado por queal menos una parte del mantenimiento de la temperatura de sobreenvejecimiento se realiza haciendo pasar la lámina por un baño de recubrimiento por inmersión en caliente.
11. Procedimiento, según la reivindicación 10,caracterizado por q u e, después de pasar por un baño de recubrimiento por inmersión en caliente y antes de enfriarse hasta temperatura ambiente, la lámina se mantiene adicionalmente a una temperatura comprendida entre 480°C y 570°C.
12. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,caracterizado por queel recocido, el temple y el sobreenvejecimiento se realizan en una línea de tratamiento térmico continuo, tal como una línea de recocido continuo que comprende opcionalmente una sección de recubrimiento en caliente.
13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,caracterizado por quela lámina laminada se prepara mediante laminación ypor que lapreparación de la lámina mediante laminación comprende laminación en caliente y opcionalmente laminación en frío.
14. Lámina de acero de alta resistencia que tiene una resistencia a la tracción de más de 1100 MPa, un límite elástico de más de 700 MPa, un alargamiento uniforme UE de al menos el 8,0 % y un alargamiento total de al menos el 10,0 %,caracterizada por quela composición química del acero contiene en porcentaje en peso:
0,1% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 10%
1 < Si < 3%
0,03 < Al < 2,5%
siendo el resto Fe e impurezas resultantes de la fundición, incluyendo las impurezas N, S, P y elementos residuales que incluyen Cr, Ni, Mo, Cu y B, siendo el contenido de N inferior a 0,01%, el contenido de S inferior a 0,01%, el contenido de P inferior a 0,02%, el contenido de Cr inferior a 0,1%, el contenido de Ni inferior a 0,1%, el contenido de Mo inferior a 0,05%, el contenido de Cu inferior a 0,2% y el contenido de B inferior a 0,0010%,
siendo la composición tal que:
Indice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6
siendo C y Mn los contenidos en C y Mn en % en peso,
ypor quela estructura del acero contiene al menos un 20% de austenita retenida y al menos un 65% de martensita, siendo la suma de los contenidos de ferrita y bainita inferior al 10%,
en el que los contenidos de elementos microestructurales se indican como una fracción de superficie basada en imágenes de microscopio óptico y de barrido.
15. Lámina de acero de alta resistencia, según la reivindicación 14,caracterizada por quela composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
4,5% < Mn < 5,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Índice CMn = Cx (1 Mn/3,5) < 0,6.
16. Lámina de acero de alta resistencia, según la reivindicación 15,caracterizada por queel límite elástico YS es superior a 1100 MPa, la resistencia a la tracción TS es superior a 1350 MPa, el alargamiento uniforme UE es superior al 10% y el alargamiento total TE es superior al 12%.
17. Lámina de acero de alta resistencia, según la reivindicación 14,caracterizada por quela composición química del acero es tal que:
0,15% < C < 0,25%
6,5% < Mn < 7,5%
1,4% < Si < 1,8%
0,03 < Al < 2,5%
Cx (1 Mn/3,5) <0,6
yporqueel límite elástico YS es superior a 1000 MPa y la resistencia a la tracción TS es superior a 1100 MPa.
18. Lámina de acero de alta resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17,caracterizada por quela composición química del acero es tal que:
0,03 % < Al < 0,5%.
19. Lámina de acero de alta resistencia, según la reivindicación 18,caracterizada por quela composición química del acero es tal que:
Si Al > 1,4%.
20. Lámina de acero de alta resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17,caracterizada por quela composición química del acero es tal que:
1,4% < Al < 2,5%.
21. Lámina de acero de alta resistencia, según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20,caracterizada por queal menos una de sus caras comprende un recubrimiento metálico.
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