ES3017532T3 - Method of production of cold rolled and annealed steel sheet - Google Patents

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Xavier Garat
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Abstract

La invención se refiere a una chapa de acero laminada en frío y recocida que comprende en peso: 0,6 <= C <= 1,3%, 15,0 <= Mn <= 35%, 5 <= Al <= 15%, Si <= 2,40% S <= 0,03%, P<=0,1%, N <= 0,1%, posiblemente uno o más elementos opcionales elegidos entre Ni, Cr y Cu en una cantidad respectiva de hasta 4,0%, hasta 3,0% y hasta 3,0% y posiblemente uno o más elementos elegidos entre B, Ta, Zr, Nb, V, Ti, Mo y W en una cantidad acumulada de hasta 2,0%, estando el resto de la composición constituida por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración, comprendiendo la microestructura de dicha chapa opcionalmente hasta un 3% de carburos kappa, opcionalmente hasta 10,0 % de ferrita granular, siendo el resto de austenita. El tamaño de grano y la relación de aspecto de la austenita son, respectivamente, inferiores a 6 μm y comprendidos entre 1,5 y 6 μm. El tamaño de grano y la relación de aspecto de la ferrita, cuando está presente, son, respectivamente, inferiores a 5 μm y 3,0 μm. También se describe un método de fabricación y el uso de este grado para la fabricación de piezas de vehículos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de producción de lámina de acero laminada en frío y recocida
[0001]La presente invención trata de una lámina de acero de baja densidad que presenta una microestructura que comprende principalmente austenita. La lámina de acero según la invención es particularmente adecuada para la fabricación de piezas de seguridad o estructurales para vehículos tales como vehículos terrestres de motor.
[0002]Las restricciones medioambientales están obligando a los fabricantes de automóviles a reducir continuamente las emisiones de CO2 de sus vehículos. Para ello, los fabricantes de automóviles tienen varias opciones, conforme las cuales las principales opciones son reducir el peso de los vehículos o mejorar la eficiencia de sus sistemas de motor. Con frecuencia, los avances se logran mediante una combinación de las dos estrategias. Esta invención se refiere a la primera opción, a saber, la reducción del peso de los vehículos de motor. En este campo muy específico, hay una alternativa de dos vías:
La primera vía consiste en reducir los espesores de los aceros a la vez que se incrementan sus niveles de resistencia mecánica. Desafortunadamente, esta solución tiene sus límites debido a una disminución prohibitiva de la rigidez de determinadas piezas del automóvil y a la aparición de problemas acústicos que crean condiciones incómodas para el pasajero, sin mencionar la inevitable pérdida de ductilidad asociada con el aumento de la resistencia mecánica.
[0003]La segunda vía consiste en reducir la densidad de los aceros aleándolos con otros metales más ligeros. Entre estas aleaciones, las de baja densidad tienen atractivas propiedades mecánicas y físicas, al tiempo que permiten reducir significativamente el peso.
[0004]En particular, el documento EE.UU. 2003/0145911 describe una aleación ligera de Fe-AI-Mn-Si que tiene buena conformabilidad y alta resistencia. Sin embargo, la resistencia última a la tracción de tales aceros no va más allá de 800 MPa, lo que no permite aprovechar al máximo su baja densidad para piezas de todo tipo de geometría.
[0005]El documento JP2006176843A describe la placa de acero de baja densidad específica y alta resistencia excelente en ductilidad, y un procedimiento de fabricación de la misma.
[0006]Por lo tanto, el objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de fabricación para una lámina de acero que presente una densidad por debajo de 7,4, una resistencia última a la tracción de al menos 900 MPa, un límite elástico de al menos 700 MPa y una elongación uniforme de al menos el 28%.
[0007]Este objeto se consigue mediante el procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3.
[0008]Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.
[0009]Sin querer limitarse a ninguna teoría, parece que la lámina de acero de baja densidad según la invención permite una mejora de las propiedades mecánicas gracias a esta microestructura específica.
[0010]En cuanto a la composición química del acero, el carbono juega un papel importante en la formación de la microestructura y el logro de las propiedades mecánicas deseadas. Su función principal es estabilizar la austenita, que es la fase principal de la microestructura del acero, así como proporcionar fortalecimiento. El contenido de carbono inferior al 0,6% disminuirá la proporción de austenita, lo que conduce a la disminución tanto de la ductilidad como de la resistencia de la aleación. Sin embargo, dado que es un elemento constituyente principal del carburo kappa intragranular (Fe,Mn)<3>AlCx, un contenido de carbono superior al 1,3% puede promover la precipitación de dichos carburos de una manera más gruesa en los límites de grano (carburo kappa intergranular (Fe,Mn)<3>AlCx), lo que da lugar a la disminución de la ductilidad de la aleación.
[0011]Preferentemente, el contenido de carbono está entre el 0,80 y el 1,3%, más preferentemente entre el 0,8 y el 1,0% en peso para obtener una resistencia suficiente.
[0012]El manganeso es un importante elemento de aleación en este sistema, debido principalmente al hecho de que la aleación con cantidades muy elevadas de manganeso y carbono estabiliza la austenita hasta temperatura ambiente, con lo que puede tolerar altas cantidades de aluminio sin desestabilizarse ni transformarse en ferrita o martensita. Para permitir que la aleación tenga una ductilidad superior, el contenido de manganeso debe ser igual o superior al 15%. Sin embargo, cuando el contenido de manganeso es superior al 35%, la precipitación de la fase p-Mn deteriorará la ductilidad de la aleación. Por tanto, el contenido de manganeso debe controlarse para que sea igual o mayor que el 15,0%, pero menor o igual que el 35%. En una realización preferida, es igual o mayor que el 15,5% o incluso que el 16,0%. Su cantidad está más preferentemente entre el 18 y el 25%.
[0013]La adición de aluminio a aceros austeníticos ricos en manganeso reduce eficazmente la densidad de la aleación. Además, aumenta considerablemente la energía de falla de apilamiento (SFE) de la austenita, lo que conduce a su vez a un cambio en el comportamiento de endurecimiento por deformación de la aleación. El aluminio es también uno de los elementos primarios del carburo kappa de tamaño nanométrico (Fe,Mn)<3>AlCx y, por tanto, su adición mejora significativamente la formación de dichos carburos. La concentración de aluminio de las aleaciones actuales debería ajustarse, por un lado, para garantizar la estabilidad de la austenita y la precipitación de carburos kappa, y por otro para controlar la formación de ferrita. Por tanto, el contenido de aluminio debería controlarse para que fuera igual o mayor que el 8,5%, pero menor o igual que el 10%.
[0014]El silicio es un elemento de aleación común para aceros con alto contenido de manganeso y aluminio. Tiene un efecto muy potente en la formación de ferrita ordenada con una estructura de D03. Además, se ha demostrado que el silicio mejora la actividad del carbono en la austenita y aumenta la partición del carbono en los carburos kappa. Además, se ha descrito que el silicio es un elemento de aleación efectivo que puede usarse para retrasar o evitar la precipitación de la fase p-Mn frágil. Sin embargo, por encima de un contenido del 2,40%, reduce el alargamiento y tiende a formar óxidos indeseables durante ciertos procedimientos de ensamblaje y, por lo tanto, debe mantenerse por debajo de este límite. Preferentemente, el contenido de silicio se sitúa por debajo del 2,0% y ventajosamente por debajo del 1,0%.
[0015]El azufre y el fósforo son impurezas que fragilizan los límites del grano. Sus respectivos contenidos no deben exceder el 0,03 y el 0,1% para mantener suficiente ductilidad en caliente.
[0016]El contenido de nitrógeno debe ser del 0,1% o menos para evitar la precipitación de AlN y la formación de defectos de volumen (sopladuras) durante la solidificación.
[0017]El níquel tiene un efecto positivo en la penetración del hidrógeno en el acero y, por lo tanto, se puede utilizar como una barrera de difusión al hidrógeno. El níquel también se puede utilizar como un elemento de aleación eficaz porque promueve la formación de compuestos ordenados en ferrita, tales como el componente B2, lo que conduce a un fortalecimiento adicional. Sin embargo, es conveniente, entre otros motivos por el coste, limitar la adición de níquel a un contenido máximo del 4,0% o menos y preferentemente entre el 0,1 y el 2,0% o entre el 0,1 y el 1,0%. En otra realización, la cantidad de níquel es inferior al 0,1%.
[0018]El cromo se puede utilizar como elemento opcional para aumentar la resistencia del acero mediante el endurecimiento de la solución. También mejora la resistencia a la corrosión a alta temperatura de los aceros según la invención. Sin embargo, dado que el cromo reduce la energía de falla de apilamiento, su contenido no debe exceder el 3,0% y preferentemente entre el 0,1% y el 2,0%, o entre el 0,1 y el 1,0%. En otra realización, la cantidad de cromo es inferior al 0,1%.
[0019]De forma similar, opcionalmente, una adición de cobre con un contenido que no exceda el 3,0% es un medio de endurecimiento del acero por precipitación de precipitados ricos en cobre. Sin embargo, por encima de este contenido, el cobre es responsable de la aparición de defectos superficiales en láminas laminadas en caliente. La cantidad de cobre es inferior al 0,1%.
[0020]El boro tiene una solubilidad sólida muy baja y una fuerte tendencia a segregarse en los límites de grano, interactuando fuertemente con las imperfecciones de la red. Por lo tanto, el boro se puede utilizar para limitar la precipitación de carburos kappa intergranulares. Preferentemente, la cantidad de boro es inferior al 0,1%.
[0021]El niobio puede aumentar simultáneamente la resistencia y la tenacidad en el acero, ya que es un refinador de grano eficaz. Además, el tantalio, el circonio, el niobio, el vanadio, el titanio, el molibdeno y el tungsteno también son elementos que pueden utilizarse opcionalmente para lograr el endurecimiento y el fortalecimiento mediante precipitación de nitruros, carbonitruros o carburos. Sin embargo, cuando su cantidad acumulada es superior al 2,0%, preferentemente superior al 1,0%, existe el riesgo de que una precipitación excesiva pueda causar una reducción de la tenacidad, que debe evitarse.
[0022]La microestructura de la lámina de acero, que no se reivindica, comprende opcionalmente hasta el 3% de carburos kappa, opcionalmente hasta el 10% de ferrita granular, estando el resto formado por austenita.
[0023]La matriz austenítica presenta un tamaño de grano medio inferior a 6 jm y preferentemente inferior a 4 |jm, más preferentemente inferior a 3 jm y tiene una relación de aspecto media comprendida entre 1,5 y 6, preferentemente entre 2,0 y 4,0 y más preferentemente entre 2,0 y 3,0.
[0024]Durante el templado, posibles modulaciones en los granos austeníticos pueden indicar el comienzo de una ordenación L'12 y, con ello, la presencia de carburos kappa intragranulares. Por tanto, los carburos kappa (Fe,Mn)<3>AlCx pueden estar presentes en la microestructura de la lámina de acero, hasta una cantidad del 3% en fracción de área. La presencia de carburos kappa intergranulares no se admite, ya que tales carburos kappa gruesos intergranulares pueden causar una disminución en la ductilidad del acero. La ferrita también puede estar presente en la microestructura de la lámina hasta una cantidad del 10,0% en fracción de área, preferentemente hasta el 5,0% o más preferentemente hasta el 3,0%. Sin embargo, la morfología de la ferrita se limita a una geometría granular, excluyendo la ferrita en forma de bandas, ya que degradan drásticamente la ductilidad y la conformabilidad del acero. Cuando están presentes, los granos ferríticos tienen un tamaño de grano medio inferior a 5 |jm y preferentemente inferior a 1 jm . La relación de aspecto media de la ferrita, cuando está presente, es inferior a 3,0 y preferentemente inferior a 2,5. Dicha ferrita puede estar en forma de ferrita regular desordenadas a u ordenada como una estructura B2 con una composición (Fe,Mn)Al o como una estructura DO<3>con una composición (Fe,Mn)<3>Al, de manera que las estructuras a, B2 y DO<3>pueden observarse en el acero según la invención.
[0025]Para proteger la lámina de acero de la corrosión, en una realización preferida, la lámina de acero está cubierta por un recubrimiento metálico. El recubrimiento metálico puede ser un recubrimiento a base de aluminio o un recubrimiento a base de zinc.
[0026]Preferentemente, el recubrimiento a base de aluminio comprende menos del 15% de Si, menos del 5,0% de Fe, opcionalmente del 0,1 al 8,0% de Mg y opcionalmente del 0,1 al 30,0% de Zn, siendo el resto Al.
[0027]Ventajosamente, el recubrimiento a base de zinc comprende el 0,01-8,0% de Al, opcionalmente el 0,2-8,0% de Mg, siendo el resto Zn.
[0028]La lámina de acero se produce mediante el procedimiento según la invención, que se define en la reivindicación 1.
[0029]Con las láminas de acero producidas mediante un procedimiento en el que se vierte un semiproducto, como los desbastes hechos de un acero según la presente invención que tienen la composición descrita anteriormente, el material de entrada vertido se calienta a una temperatura por encima de 1.000°C, preferentemente por encima de 1.050°C y más preferentemente por encima de 1.100°C o 1.150°C o se utiliza directamente a esta temperatura después del vertido, sin enfriamiento intermedio.
[0030]La etapa final de laminación en caliente se realiza a una temperatura por encima de 800°C. Para evitar problemas de aparición de grietas por la falta de ductilidad debido a la formación de ferrita en bandas, la temperatura de fin de laminación temperatura es preferentemente superior o igual a 850° C.
[0031]Después de la laminación en caliente, la tira debe arrollarse entre 350 y 450°C para evitar una precipitación excesiva de carburos kappa.
[0032]Un producto laminado en caliente obtenido por el procedimiento descrito anteriormente se lamina en frío después de que se haya realizado una posible operación previa de decapado de la manera habitual.
[0033]La etapa de laminación en frío se realiza con una tasa de reducción entre el 30 y el 80%, preferentemente entre el 50 y el 70%.
[0034]Después de la etapa de laminación, se realiza un breve recocido calentando la lámina hasta una temperatura de recocido comprendida entre 700 y 1.000°C, manteniéndola a esta temperatura durante menos de 5 minutos y enfriándola a una velocidad de al menos 30°C/s, más preferentemente de al menos 50°C/s y más preferentemente todavía de al menos 70°C/s. Preferentemente, este recocido se lleva a cabo de forma continua. Controlando la temperatura y el tiempo de recocido, se puede obtener una estructura totalmente austenítica o una estructura bifásica con las características anteriores.
[0035]Después de esta etapa de recocido, la lámina de acero puede enviarse opcionalmente a una operación de recubrimiento metálico para mejorar su protección frente a la corrosión. El procedimiento de recubrimiento utilizado puede ser cualquier procedimiento adaptado al acero de la invención. Se puede citar la deposición electrolítica o física en fase de vapor, con un énfasis particular en la deposición de chorro en fase de vapor. El recubrimiento metálico puede estar basado en zinc o en aluminio, por ejemplo.
Ejemplos
[0036]Se vertieron nueve clases, cuyas composiciones se recogen en la tabla 1, en los desbastes y se procesaron según los parámetros de procesamiento recogidos en la tabla 2.
Tabla 1 - Composiciones
Tabla 2 - Parámetros del procedimiento
[0037]A continuación, respectivamente en las tablas 3 y 4 se analizaron las muestras resultantes y se recogieron los elementos de microestructura y propiedades mecánicas correspondientes.
Tabla 3 - Microestructura
Tabla 4 - Propiedades
[0038]Los ejemplos muestran que las láminas de acero según la invención son las únicas que muestran todas las propiedades pretendidas gracias a su composición y a sus microestructuras específicas.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para producir una lámina de acero que comprende las etapas siguientes:
- la introducción de un desbaste cuya composición comprende en peso:
0.6 < C £ 1.3%,
15.0 < Mn < 35%,
8 .5 < A I< 10 % ,
Si < 2.40%
S < 0.03%,
P <0.1%,
N < 0.1%,
posiblemente uno o más elementos opcionales elegidos entre Ni, Cr, Cu en una cantidad respectiva de hasta el 4,0%, hasta el 3,0% y por debajo del 0,1% y
posiblemente uno o más elementos elegidos entre B, Ta, Zr, Nb, V, Ti, Mo y W en una cantidad acumulada de hasta el 2,0%, estando el resto de la composición compuesto por hierro y las impurezas inevitables resultantes de la elaboración,
- el recalentamiento de este desbaste plano a una temperatura superior a 1.000°C y su laminación en caliente con una temperatura de laminación final de al menos 800°C,
- el enrollamiento de la lámina de acero laminada en caliente a una temperatura entre 350 y 450°C,
- la laminación en frío de dicha lámina de acero laminada en caliente hasta una reducción comprendida entre el 30 y el 80%,
- el recocido de dicha lámina laminada en frío calentándola hasta una temperatura de recocido comprendida entre 700 y 1.000°C, manteniéndola a esta temperatura durante menos de 5 minutos y enfriándola a una velocidad de al menos 30°C/s.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la temperatura de recocido está comprendida entre 800 y950°C.
3. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, comprendiendo además una etapa final de recubrimiento.
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