ES3027647T3 - High-strength steel and production method - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una chapa de acero recocida laminada en frío con un espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, una resistencia mecánica comprendida entre 1180 MPa y 1320 MPa, una relación de expansión de agujeros (Ac%) superior al 20%, un ángulo de flexión superior o igual a 40° y una composición química que comprende (concentraciones expresadas en peso): 0,09 < C < 0,11 %, 2,6 <= Mn < 2,8 %, 0,20 <= Si <= 0,55 %, 0,25 <= Cr < 0,5 %, 0,025 < Ti <= 0,040 %, 0,0015 <= B < 0,0025 %, 0,005 <= Al < 0,18 %, 0,08 <= Mo < 0,15 %, 0,020 < Nb <= 0,040%, 0,002 <= N < 0,007 %, 0,0005% <= S <= 0,005%, 0,001 % <= P <= 0,020%, Ca <= 0,003%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables resultantes de la producción. La chapa presenta una microestructura que comprende martensita y/o bainita inferior, comprendiendo dicha martensita martensita fresca y/o martensita autotemplada, siendo la suma de los porcentajes de área superficial de martensita y bainita inferior entre 40 y 70 %, con entre 15 y 45 % de área superficial de bainita con bajo contenido en carburo, entre 5 y menos de 20 % de área superficial de ferrita, siendo la fracción de ferrita no recristalizada con relación a la fracción total de ferrita inferior al 15 %, y menos de 5 % de área superficial de austenita residual en forma de islotes, representando la fracción de granos de austenita antigua con un tamaño inferior a un micrómetro entre 40 y 60 % de la población total de dichos granos de austenita antigua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Acero de alta resistencia y procedimiento de fabricación

[0001] La presente invención se refiere a una chapa de acero laminada en frío y recocida que presenta una resistencia mecánica muy alta y una aptitud para la deformación para la fabricación de piezas por conformado, en concreto en la industria de la automoción, para la fabricación de elementos de estructura de carrocería de automóvil, y la fabricación de dicha chapa.

[0002] Se han desarrollado aceros que tienen una relación límite de elasticidad/resistencia muy favorable durante las operaciones de conformado.

[0003] Su capacidad de consolidación es muy grande, lo que permite una buena distribución de las deformaciones en el caso de una colisión y la obtención de un límite de elasticidad claramente mayor en una pieza después del conformado. Así se puede producir piezas tan complejas como los aceros convencionales, pero con propiedades mecánicas más elevadas, permitiendo una reducción en el espesor para mantener una especificación de requisitos funcional idéntica. Por lo tanto, estos aceros son una respuesta eficaz a las necesidades de aligeramiento y de seguridad de los vehículos.

[0004] En concreto, los aceros cuya estructura comprende martensita, posiblemente bainita, en una matriz ferrítica experimentaron un gran desarrollo puesto que combinan una resistencia elevada con posibilidades considerables de deformación.

[0005] Los requisitos recientes de aligeramiento y de reducción del consumo de energía han conducido a una mayor demanda de aceros de muy alta resistencia, cuya resistencia mecánica Rm es superior a 1.180 MPa.

[0006] Además de este nivel de resistencia, estos aceros deben presentar una buena ductilidad, una buena soldabilidad y buena aptitud para el revestimiento, en concreto, una buena aptitud para la galvanización continua por templado.

[0007] Estos aceros también deben presentar un límite de elasticidad y un alargamiento a la rotura elevados así como una buena aptitud para el conformado.

[0008] De hecho, algunas piezas de automóviles se fabrican por las operaciones de conformado al combinar diferentes modos de deformación. Determinadas características microestructurales del acero pueden resultar bien adaptadas a un modo de deformación, pero poco favorables frente a otro modo. Determinadas partes de las piezas deben presentar una alta resistencia al alargamiento y/o una buena aptitud para el plegado y/o una buena aptitud para el conformado de un borde cortado, en concreto durante un conformado con bordes repujados.

[0009] Esta aptitud para el conformado de un borde cortado es evaluada por determinación de una relación de expansión de orificio, denotada como Ac %. Esta relación mide la aptitud del acero para experimentar una expansión durante un embutido en frío y suministra así una evaluación de la aptitud para el conformado en este modo de deformación.

[0010] La relación de expansión de orificio puede evaluarse de la forma siguiente: tras la realización de un orificio por corte en una chapa, se usa una herramienta troncocónica de forma que se lleve a cabo una expansión en los bordes de este orificio. Durante esta operación es cuando se puede observar un deterioro precoz en las proximidades de los bordes del orificio durante la expansión, este deterioro se inicia en las partículas de segunda fase o en las interfaces entre los diferentes constituyentes microestructurales en el acero.

[0011] Según los documentos US 2012/0312433 A1 y US 2012/132327 A1, se conocen aceros cuya resistencia mecánica Rm es superior a 1.180 MPa. Sin embargo, esta resistencia mecánica es obtenida a expensas de la aptitud para el conformado y la soldabilidad.

[0012] Además, según los documentos US 2013/0209833 A1, US2011/0048589 A1, US2011/01683000 A1 y WO 2013/144376 A1, se conocen aceros que tienen una resistencia mecánica elevada que puede superar 1.000 MPa, pero que no presentan simultáneamente una aptitud para el conformado y una soldabilidad satisfactoria.

[0013] EP2426230 es un documento que tiene una chapa de acero galvanizado de alta resistencia que presenta excelentes propiedades de conformado, de soldadura y de resistencia a la fatiga, con una composición consistente en C: del 0,05 % a < 0,12 %, Si: del 0,35 % a < 0,80 %, Mn: del 2,0 al 3,5 %, P: del 0,001 al 0,040 %, S: del 0,0001 al 0,0050 %, Al: del 0,005 al 0,1%, N: del 0,0001 al 0,0060 %, Cr: del 0,01 % al 0,5 %, Ti: del 0,10 al 0,080 %, Nb: del 0,010 al 0,080 %, B: del 0,0001 al 0,0030 %, facultativamente Mo: del 0,01 al 0,15 %, Ca: del 0,0001 al 0,0050 %, tierras raras: del 0,0001 al 0,1 %, Sb: del 0,0001 al 0,1 %, y opcionalmente V: inferior al 0,05 %, Zr: inferior al 0,0200 %, Mg: inferior al 0,0200 %, Cu: inferior al 0,4 %, y Ni: inferior al 0,4 %, siempre en porcentaje en masa, estando el resto constituido por Fe e impurezas inevitables; una microestructura que consiste en del 20%al 70%en volumen de una fase ferrita con un diámetro de grano medio inferior o igual a 5 mm, del 30 % al 80 % en volumen de bainita y/o de martensita con un diámetro de grano medio inferior o igual a 5 mm; contenidos de austenita residual y de perlita inferiores o iguales al 5 % en volumen y una resistencia a la tracción superior o igual a 980 MPa; y una capa galvanizada sobre una superficie de la chapa con un peso de revestimiento (por lado) de 20 g/m2 a 150 g/m2.

[0014] Además, EP2578718 es un documento que tiene chapa de acero galvanizado de alta resistencia con una excelente aptitud para el plegado y la soldadura, constituida, donde una capa de superficie de la chapa de acero, que constituye una parte de la chapa de acero hasta una profundidad de 10 mm medida a partir de cada superficie de la chapa de acero, tiene una estructura que contiene más del 70 % de fase ferrita en fracción volumétrica, una parte de capa interna de la chapa de acero, en el lado más interior que la profundidad de 10 mm medida a partir de cada superficie, tiene una estructura constituida del 20 al 70 % en fracción volumétrica de fase ferrita con un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 5 mm; del 30 al 80 % de fase bainita y/o de fase martensita en fracción volumétrica, con un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 5 mm; y una fase austenita residual y/o una fase perlita inferior o igual al 5 % (0 % incluido) en fracción volumétrica como resto, la chapa de acero tiene una resistencia a la tracción superior o igual a 980 MPa y la chapa de acero tiene una capa galvanizada en una de sus superficies.

[0015] Además, el documento EP2123786 es una invención que se refiere a una chapa de acero Dual Phase laminada en frío y recocida de resistencia comprendida entre 980 y 1.100 MPa, de alargamiento a la rotura superior al 9 %, cuya composición comprende, estando los contenidos expresados en peso: 0,055 % < C < 0,095 %, 2 % < Mn < 2,6 %, 0,005 % < Si < 0,35 %, S < 0,005 %, P < 0,050 %, 0,1 < Al < 0,3 %, 0,05 %: 5 Mo < 0,25 %, 0,2 % < Cr < 0,5 %, entendiéndose que Cr+2Mo < 0,6 %, Ni < 0,1%, 0,010 < Nb < 0,040 %, 0,010 < Ti < 0,050 %, 0,0005 < B < 0,0025 %, 0,002 % < N < 0,007 %, estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.

[0016] En estas condiciones, un objeto de la invención consiste en poner a disposición una chapa de acero que presenta una resistencia mecánica elevada, en concreto comprendida entre 1.180 y 1.320 MPa, junto con un límite de elasticidad elevada, en concreto comprendido entre 750 y 970 MPa, siendo este valor determinado antes de cualquier operación de skin-pass sobre la chapa, una buena aptitud para el conformado, en concreto una relación de expansión de orificio Ac % superior o igual al 20 %, un ángulo de plegado, para una chapa de espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, superior o igual a 40°, y un alargamiento a la rotura superior al 7 %.

[0017] Para este fin, la invención tiene por objeto una chapa de acero laminada en frío y recocida de espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, de resistencia mecánica comprendida entre 1.180 MPa y 1.320 MPa, cuya relación de expansión de orificio Ac % es superior al 20 % y el ángulo de plegado superior o igual a 40°, cuya composición química comprende, estando los contenidos expresados en peso: 0,09 < C < 0,11 %, 2,6 < Mn < 2,8 %, 0,20 < Si < 0,55 %, 0,25 < Cr < 0,5 %, 0,025 < Ti < 0,040 %, 0,0015 < B < 0,0025 %, 0,005 < Al < 0,18 %, 0,08 < Mo < 0,15 %,0,020 < Nb < 0,040 %, 0,002 < N < 0,007 %, 0,0005 % < S < 0,005 %, 0,001 % < P < 0,020 %, Ca < 0,003 %, estando el resto constituido por hierro e impurezas inevitables provenientes de la elaboración, teniendo la chapa una microestructura constituida por martensita y/o bainita inferior, comprendiendo dicha martensita martensita reciente y/o martensita autorrevenida, estando la suma de las proporciones superficiales de martensita y de bainita inferior comprendida entre el 40 y el 70 %, del 15 al 45 % en proporción superficial de bainita con baja cantidad de carburos, del 5 a menos del 20 % en proporción superficial de ferrita, siendo la fracción de ferrita no recristalizada con respecto a la fracción de ferrita total inferior al 15 %, y de menos del 5 % en proporción superficial de austenita residual en forma de islotes, la fracción de los antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a menos de un micrómetro que representa del 40 al 60 % de la población total de dichos antiguos granos austeníticos.

[0018] En las realizaciones, la chapa según la invención incluye además una o varias de las características siguientes.

- la microestructura comprende, en proporción superficial, del 15 al 45 % de martensita reciente.

- la microestructura comprende, en proporción superficial, del 5 al 50 % de suma de martensita autorrevenida y de bainita inferior.

- la martensita autorrevenida y dicha bainita inferior contienen carburos en forma de bastones orientados en las direcciones <111> de listones martensíticos y bainíticos.

- la bainita con baja cantidad de carburos contiene menos de 100 carburos por unidad de superficie de 100 micrómetros cuadrados.

- la chapa de acero contiene precipitados del tipo (Ti, Nb, Mo) (C,N) de tamaño inferior a 5 nanómetros, presentes en cantidad inferior a 10000 precipitados/pm3

- la composición química comprende, estando el contenido expresado en peso: 2,6 < Mn < 2,7 %.

- la composición química comprende preferentemente, estando el contenido expresado en peso: 0,30 < Si < 0,5 %. - según un modo preferente, la composición química comprende, estando el contenido expresado en peso: 0,005 < Al < 0,030 %.

- la chapa puede incluir un revestimiento de zinc o de aleación de zinc, obtenido por templado.

- el revestimiento de zinc o de aleación de zinc puede ser un revestimiento galvanizado-aleado, comprendiendo el revestimiento de zinc o de aleación de zinc del 7 al 12%en peso de hierro.

- la chapa de acero puede incluir un revestimiento de zinc o de aleación de zinc, obtenido por depósito al vacío.

[0019] La invención tiene también por objeto un procedimiento de fabricación de una chapa laminada en frío y recocida, revestida de zinc o de una aleación de zinc, según cualquiera de las características anteriores, que comprende las etapas sucesivas siguientes:

- se suministra un semiproducto cuya composición química comprende, estando los contenidos expresados en peso: 0,09 < C < 0,11 %, 2,6 < Mn < 2,8 %, 0,20 < Si < 0,55 %, 0,25 < Cr < 0,5 %, 0,025 < Ti < 0,040 %, 0,0015 < B < 0,0025%, 0,005 < Al < 0,18 %, 0,08 < Mo < 0,15 %, 0,020 < Nb < 0,040 %, 0,002 < N < 0,007 %, 0,0005 < S < 0,005 %, 0,001 < P < 0,020 %, Ca < 0,003 %, estando el resto constituido por hierro e impurezas inevitables provenientes de la elaboración, y a continuación

- se calienta el semiproducto a una temperatura Tr superior o igual a 1.250 °C,

- después se lamina en caliente el semiproducto, siendo la temperatura de fin de laminado superior a la temperatura Ar3 de inicio de transformación de la austenita tras el enfriamiento, para obtener una chapa laminada en caliente, a continuación

- se enfría la chapa laminada en caliente a una velocidad superior a 30 °C/s para evitar la formación de ferrita y de perlita, a continuación

- se bobina la chapa laminada en caliente a una temperatura comprendida entre 580 ° y 500 °C, a continuación - se lamina en frío la chapa laminada en caliente para obtener una chapa laminada en frío, a continuación - se calienta la chapa laminada en frío entre 600 °C y Ac1, tal que Ac1 designa la temperatura de inicio de transformación austenítica tras el calentamiento, con una velocidad de recalentamiento Ve comprendida entre 1 y 20 °C/s,

- se lleva la chapa laminada en frío hasta una temperatura Tm comprendida entre 780 °C y (Ac3-25 °C), y se mantiene a la temperatura Tm la chapa laminada en frío durante un tiempo Dm comprendido entre 30 y 150 segundos, entendiéndose que Ac3 designa la temperatura de fin de transformación austenítica tras el calentamiento, a continuación

- se enfría la chapa a una velocidad VR1 comprendida entre 10 y 150 °C/s hasta una temperatura Te comprendida entre 400 y 490 °C, a continuación

- se mantiene la chapa a la temperatura Te durante un tiempo De comprendido entre 5 y 150 segundos, a continuación

- se reviste la chapa mediante el paso en modo continuo en inmersión en un baño de zinc o de aleación de zinc a una temperatura TZn comprendida entre 450 °C y 480 °C, siendo dichas temperaturas Te y TZn tales que 0 °C < (Te-TZn) < 10 °C, de forma que se obtenga una chapa revestida, a continuación

- se calienta opcionalmente la chapa revestida a una temperatura T<g>comprendida entre 490 °C y 550 °C durante un tiempo Tg comprendido entre 10 s y 40 s.

[0020] Otras características y ventajas de la invención aparecerán en el curso de la descripción mostrada a continuación, ofrecida a modo de ejemplo y hecha en referencia a las figuras adjuntas siguientes donde:

- la Figura 1 presenta la microestructura de una chapa de acero según la invención, puesta de manifiesto por un primer tipo de ataque metalográfico.

- la Figura 2 presenta la microestructura de la chapa de acero de la Figura 1, puesta de manifiesto por un segundo tipo de ataque metalográfico.

- La figura 3 presenta un ejemplo de precipitación de carbonitruros de (Ti, Nb, Mo) (C, N) en una chapa según la invención, observada en microscopia electrónica de transmisión.

- La figura 4 presenta un ejemplo de precipitación de carbonitruros de (Ti , Nb, Mo) (C,N) no correspondiente a la invención, observada en microscopia electrónica de transmisión.

[0021] Se designará además por Ac1 la temperatura de inicio de transformación alotrópica tras el calentamiento del acero.

[0025] La

resultado de una transformación sin difusión de la austenita y por debajo de la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms tras el enfriamiento.

[0026] La martensita se presenta en forma de finos listones alargados en una dirección, y orientados en el interior de cada grano inicial de austenita. En el término martensita se incluye a la vez la martensita reciente y la martensita autorrevenida. En lo sucesivo se distinguirá la martensita autorrevenida de la martensita reciente, es decir, no revenida y no autorrevenida.

[0027] En concreto, la martensita autorrevenida se presenta en forma de finos listones que comprenden carburos de hierro dispersos en estos listones, en forma de bastones orientados según las direcciones <111> de la malla a' de los listones. Esta martensita autorrevenida se forma por precipitación de los carburos de hierro por debajo de la temperatura de transformación martensítica Ms cuando el enfriamiento no es suficientemente lento para producir martensita reciente. Al contrario, la martensita reciente no comprende carburos.

[0028] La bainita, formada durante un enfriamiento desde el campo austenítico, por encima de la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms, se presenta en forma de un agregado de listones de ferrita y partículas de cementita. Su formación implica una difusión a corta distancia.

[0029] En lo sucesivo se distinguirá la bainita inferior de la bainita con una pequeña cantidad de carburos. La bainita inferior se forma, durante el enfriamiento, en un intervalo de temperaturas inmediatamente por encima de la temperatura de transformación martensítica Ms. Se presenta en forma de finos listones y comprende carburos dispersos en estos listones.

[0030] Además, se denominará bainita con baja cantidad de carburos a la bainita que contiene menos de 100 carburos por unidad de superficie de 100 micrómetros cuadrados. La bainita con baja cantidad de carburos se forma, durante el enfriamiento, entre 550 °C y 450 °C. A diferencia de la bainita con baja cantidad de carburos, la bainita inferior contiene siempre más de 100 carburos por unidad de superficie de 100 micrómetros cuadrados.

[0031] En la composición química del acero de la invención, el carbono desempeña un papel en la formación de la microestructura y en las propiedades mecánicas.

[0032] El contenido en peso de carbono está comprendido entre el 0,09 % y el 0,11 %. Este intervalo de contenido de carbono contribuye a obtener simultáneamente una resistencia mecánica superior a 1.180 MPa, un alargamiento a la rotura superior al 7 %, y una relación de expansión de orificio Ac % satisfactoria, superior o igual al 20 %. En concreto, un contenido de carbono inferior al 0,09 % no permite alcanzar una resistencia mecánica suficiente. Para un contenido de carbono más elevado, superior al 0,11 %, la aptitud para la soldadura tiende a disminuir y la temperatura Ms se reduce, de manera que la fracción de martensita reciente en la microestructura tiende a aumentar y así a degradar la relación de expansión de orificio.

[0033] El contenido en peso de manganeso está comprendido entre el 2,6 % y el 2,8 %. El manganeso es un elemento gammagénico que reduce la temperatura Ac3 y la temperatura Ms de inicio de formación de la martensita. El bajo contenido de carbono del acero podría conducir a una temperatura Ac3 elevada, superior a 860 °C. Un contenido de manganeso superior al 2,6 % permite, al reducir el valor de la temperatura Ac3, obtener una austenización completa del acero entre 840 °C y 855 °C aproximadamente, después de un mantenimiento a esta temperatura durante un tiempo de al menos 30 s. El manganeso permite además la formación de martensita autorrevenida y contribuye por lo tanto a una relación de expansión de orificio Ac % superior o igual al 20 %. El contenido en peso de manganeso se limita al 2,8 % con el fin de limitar la formación de estructuras en bandas, y preferentemente está comprendido entre el 2,6 y el 2,7 %.

[0034] El silicio es un elemento que interviene en el endurecimiento en solución sólida, cuyo contenido en peso en el acero está comprendido entre el 0,20 % y el 0,55 % en peso, preferentemente entre el 0,30 % y el 0,5 %. Un contenido de al menos el 0,30 % permite obtener un endurecimiento suficiente de la ferrita y/o de la bainita. El contenido en peso de silicio está limitado al 0,55 % para garantizar una relación de expansión de orificio Ac % superior o igual al 20 %, al limitar la formación de bainita superior. Además, un aumento del contenido de silicio degrada la aptitud para el revestimiento del acero favoreciendo la formación de óxidos que se adhieren a la superficie de la chapa. Un contenido de silicio inferior al 0,55 % contribuye también a garantizar una buena la aptitud para la soldadura.

[0035] El silicio es un elemento alfagénico y contribuye a elevar la temperatura Ac3 y a favorecer la formación de bainita con baja cantidad de carburos. Un contenido de silicio inferior al 0,55 % contribuye así a evitar la formación de una cantidad excesiva de bainita con una pequeña cantidad de carburos.

[0036] La composición de la chapa de acero incluye además cromo en una cantidad superior o igual al 0,25 % en peso, a fin de mejorar la templabilidad del acero, y aumentar su dureza así como su resistencia mecánica. El contenido de cromo debe ser inferior al 0,5 %, de forma que se conserve un alargamiento a la rotura satisfactorio y se limiten los costes de fabricación.

[0037] El titanio está presente en el acero en una cantidad comprendida entre el 0,025 % y el 0,040 % en peso. En una cantidad comprendida entre el 0,025 y el 0,040 %, el titanio se combina en concreto con nitrógeno y carbono para precipitar en forma de nitruros y/o de carbonitruros. Por debajo del 0,025 %, existe un riesgo de que no se alcance la resistencia mecánica de 1.180 MPa.

[0038] Por encima de un contenido de titanio de 0,040 %, existe un riesgo de formación de nitruros de titanio gruesos precipitados a partir del estado líquido, que tienden a reducir la ductilidad, y a conducir a un deterioro precoz durante la expansión de orificio. De hecho, cuando están presentes nitruros de tamaño superior a 6 micrómetros, se constata que están mayoritariamente en el origen de las pérdidas de cohesión con la matriz durante las etapas de corte y de embutido. El titanio permite además hacerlo de modo que el nitrógeno esté completamente combinado en forma de una precipitación de endurecimiento, aun cuando el boro se encuentra en forma libre y puede desempeñar un papel eficaz en la templabilidad. El titanio está en cantidad sobreestequiométrica con respecto al nitrógeno, por lo que la relación: Ti/N es superior a 3,42.

[0039] El contenido en peso de boro está comprendido entre el 0,0015 % y el 0,0025 %. Al limitar la actividad del carbono, el boro permite de hecho controlar y limitar las transformaciones de fase difusivas (transformación ferrítica o perlítica durante el enfriamiento) y formar fases de endurecimiento (bainita o martensita) necesarias para obtener altas características de resistencia mecánica. El añadido de boro permite además limitar la adición de elementos de temple tales como Mn, Mo, Cr y reducir el coste analítico de la clase de acero. Según la invención, el contenido mínimo de boro para asegurar una templabilidad eficaz es del 0,0015 %. Más allá del 0,0025 %, el efecto en la templabilidad se satura y se observa un efecto perjudicial en la capacidad de revestimiento y en la ductilidad.

[0040] La composición de la chapa de acero también incluye molibdeno, en cantidades comprendidas entre el 0,08 y el 0,15 % en peso. El molibdeno desempeña, como el cromo, un papel eficaz en la templabilidad, en contenido superior al 0,08 %.

[0041] Un contenido superior al 0,15 % de molibdeno retrasa la recristalización de la ferrita. La resistencia mecánica Rm es entonces demasiado elevada, superior a 1.320 MPa, lo que se traduce conjuntamente en una disminución de la ductilidad.

[0042] Cuando la temperatura de recocido es inferior a (Ac3-25 °C), una adición en las condiciones de la invención permite obtener, en combinación con el titanio y el niobio, una precipitación nanométrica de carbonitruros de molibdeno, titanio y niobio (Ti, Nb, Mo) (C, N) que contribuye al endurecimiento y permite obtener una resistencia Rm superior o igual a 1.180 MPa después del recocido.

[0043] No obstante, una precipitación demasiado densa de compuestos de pequeño tamaño conduce a un endurecimiento excesivo: cuando la densidad de precipitados de tamaño inferior a 5 nanómetros supera los 10.000 precipitados/pm3, la resistencia Rm puede superar los 1.320 MPa y la aptitud para la deformación en frío se vuelve insuficiente.

[0044] Una adición de molibdeno en cantidad prevista por la invención permite obtener una chapa de acero menos sensible a posibles fluctuaciones en las etapas que siguen al recocido a la temperatura Tm. De hecho, aunque la velocidad de enfriamiento VR y la temperatura Te se controlen en condiciones industriales de forma continua según puntos de referencia definidos, a veces puede producirse una ligera fluctuación de estos parámetros de forma transitoria. Es importante que estas fluctuaciones no afecten a las características del producto final. En el rango definido por la invención, fluctuaciones moderadas de VR o Te, por ejemplo del 7 %, conducen a una variación de resistencia mecánica Rm inferior al 7 %.

[0045] La composición química de la chapa de acero laminada en caliente incluye niobio, con un contenido en peso comprendido entre el 0,020 y el 0,040 %. En cantidades superiores al 0,020 %, el niobio permite obtener un aumento de la resistencia Rm. Más allá de un contenido en peso del 0,040 %, la recristalización de la austenita se retrasa. La estructura contiene entonces una fracción significativa de granos alargados, lo que ya no permite lograr la relación de expansión de orificio Ac %.

[0046] Además, el contenido en peso del nitrógeno está comprendido entre el 0,002 % y el 0,007 %. Con el fin de formar una cantidad suficiente de nitruros y carbonitruros, el contenido de nitrógeno debe ser superior al 0,002 %. El contenido de nitrógeno debe ser inferior al 0,007 % con el fin de evitar una precipitación de nitruros de boro, lo que disminuiría la cantidad de boro libre.

[0047] Un contenido en peso de aluminio comprendido entre el 0,005 % y el 0,18 % permite asegurar la desoxidación del acero durante su fabricación. Un contenido de aluminio debe ser inferior al 0,18 %, incluso inferior al 0,030% para evitar un aumento de la temperatura Ac3 y evitar la formación de ferrita durante el enfriamiento.

[0048] El contenido de azufre debe ser inferior al 0,005%. Por encima de este contenido, la ductilidad se reduce debido a la presencia excesiva de sulfuros tales como MnS que reducen la aptitud para la deformación, en concreto la relación de expansión de orificio Ac %. Sin embargo, la obtención de un contenido de azufre extremadamente reducido, inferior al 0,0005 %, es muy costosa, sin ventajas significativas en relación con los costes de fabricación. Por lo tanto, desde un punto de vista práctico, se puede mantener un contenido de azufre no inferior al 0,0005 %.

[0049] El contenido de fósforo debe ser inferior al 0,020 %. De hecho, el fósforo es un elemento que confiere un endurecimiento por solución sólida pero que disminuye la soldabilidad por puntos y la ductilidad en caliente, particularmente debido a su aptitud para la segregación en los límites de granos o para la cosegregación con manganeso.

[0050] Sin embargo, la obtención de un contenido de fósforo extremadamente reducido, inferior al 0,001 %, es muy costosa, sin ventajas significativas en relación con los costes de fabricación. Por lo tanto, desde un punto de vista práctico, se puede retener un contenido de fósforo no inferior al 0,001 %.

[0051] En una cantidad inferior al 0,003 %, el calcio permite evitar la presencia de inclusiones alargadas, en concreto de sulfuros, que influyen desfavorablemente en la ductilidad.

[0052] En la microestructura de la chapa de acero según la invención, la suma de las proporciones superficiales de martensita y de bainita inferior está comprendida entre el 40 y el 70 % La microestructura contiene también, en proporción superficial, del 15 al 45 % de bainita con baja cantidad de carburos, del 5 a menos del 20 % de ferrita, y menos del 5% de austenita residual en forma de islotes. La fracción superficial de ferrita no recristalizada con respecto a la fracción de ferrita total, es inferior al 15 %, lo que permite obtener simultáneamente una resistencia Rm comprendida entre 1.180 y 1.320 MPa, un alargamiento superior al 7 % y una relación de expansión de orificio superior o igual al 20 %.

[0053] Como se ha indicado anteriormente, se distingue la martensita autorrevenida de la martensita reciente, es decir, no revenida y no autorrevenida.

[0054] Según una realización, la martensita está formada en concreto por martensita autorrevenida, el porcentaje de superficie de la suma de la martensita autorrevenida y de la bainita inferior representa al menos el 5 % del conjunto de la microestructura, esta proporción puede llegar hasta el 50 %.

[0055] La martensita autorrevenida y la bainita inferior están presentes en forma de finos listones, y comprenden carburos dispersos en estos listones. En concreto, la martensita autorrevenida y la bainita inferior comprenden carburos de hierro Fe<2>C y Fe<3>C en forma de bastones orientados en las direcciones <111> de la malla de los listones martensíticos y bainíticos. Los porcentajes de martensita autorrevenida y de bainita inferior se especifican juntos ya que la martensita autorrevenida y la bainita inferior tienen sustancialmente el mismo papel en las propiedades de uso del acero. Es más, estos dos constituyentes, presentes en forma de finos listones, no pueden ser identificados individualmente unos de otros en observaciones en microscopia electrónica de barrido. Solo los análisis con microscopia electrónica de transmisión permiten distinguir estos dos constituyentes.

[0056] Un porcentaje de superficie de la suma de martensita autorrevenida y de bainita inferior comprendido entre el 40 % y el 70 % permite favorecer la aptitud para el conformado del acero, en concreto su aptitud para el plegado y su aptitud para el conformado de un borde cortado. Un porcentaje de martensita autorrevenida y de bainita inferior de al menos 40 % contribuye así a obtener un ángulo de plegado satisfactorio, en concreto un ángulo de plegado para chapas de espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, de al menos 40°, y una relación de expansión de orificio A c% superior o igual al 20 %.

[0057] El porcentaje de la suma de martensita autorrevenida y de bainita inferior en la microestructura debe ser inferior a 70 % con el fin de conservar un porcentaje suficiente de bainita con baja cantidad de carburos, que permite obtener un alargamiento a la rotura de al menos el 7 %.

[0058] La martensita puede comprender además parte de la martensita reciente en un porcentaje de superficie comprendido entre el 15 y el 45 % del conjunto de la microestructura. El porcentaje de superficie de martensita reciente debe ser inferior al 45 %, en concreto para no reducir la ductilidad del acero y para garantizar una buena relación de expansión de orificio.

[0059] La microestructura comprende además, en proporción superficial, del 15 al 45 % de bainita con baja cantidad de carburos. Esta se forma durante el enfriamiento después del recocido a la temperatura Tm, y durante el mantenimiento entre 550 °C y 450 °C. Su formación se ve favorecida en concreto gracias a la adición de silicio que tiende a retrasar la precipitación de los carburos, junto con una baja cantidad de elementos de temples tales como el carbono o el manganeso.

[0060] La bainita con una pequeña cantidad de carburos permite aumentar el alargamiento a la rotura. En concreto, un porcentaje de superficie de bainita con una pequeña cantidad de carburos de al menos el 15 % permite obtener un alargamiento a la rotura de al menos el 7 %. El porcentaje de superficie de bainita con una pequeña cantidad de carburos debe limitarse al 45 % con el fin de garantizar una relación de expansión de orificio superior o igual al 20 % y una resistencia mecánica superior o igual a 1.180 MPa.

[0061] Además, la microestructura incluye de 5 a menos del 20 % de ferrita en proporción superficial. Si el contenido de ferrita es inferior al 5 %, existe un riesgo de obtener conjuntamente demasiada martensita autorrevenida asociada a un límite de elasticidad demasiado bajo. Si el contenido de ferrita supera el 20 %, existe un riesgo de que la resistencia Rm sea inferior a 1.320 MPa.

[0062] La microestructura también puede contener hasta el 5 %, en proporción superficial, de austenita residual en forma de islotes, formando en concreto placas entre los listones de martensita autorrevenida y de bainita inferior.

[0063] Además, los autores de la invención también han puesto de manifiesto la importancia del control del tamaño de los granos austeníticos creados durante el recocido de la chapa laminada en frío, es decir, que existen a alta temperatura como resultado del mantenimiento del recocido, antes de un enfriamiento posterior. Estos granos austeníticos se califican de «antiguos granos austeníticos», ya que estos granos son sustituidos por otros constituyentes durante las transformaciones alotrópicas posteriores al enfriamiento. Como se explicará, el tamaño de estos antiguos granos austeníticos puede sin embargo ponerse de manifiesto por diferentes procedimientos, en el producto final. Según la invención, la fracción de antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro, representa entre el 40 y el 60 % de la población total de estos antiguos granos austeníticos

[0064] La fracción de antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro se determina por ejemplo por medio de un reactivo apropiado, cuya velocidad de ataque depende de determinadas segregaciones locales en las antiguas juntas, como por ejemplo el reactivo de Béchet-Beaujard, conocido de por sí. Para este fin, una muestra de acero en el estado final, es decir, después del procedimiento de fabricación según la invención, es atacada por un reactivo apropiado, en concreto un reactivo compuesto por una solución acuosa saturada de ácido pícrico con adición de al menos el 0,5 % de alquilsulfonato de sodio, durante un tiempo comprendido entre unos minutos y una hora.

[0065] Al final de este ataque, un examen micrográfico de la muestra permite visualizar las juntas de los antiguos granos austeníticos, y realizar un histograma de distribución del tamaño de estos antiguos granos austeníticos, en concreto determinar la fracción de los antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro.

[0066] Alternativamente, el tamaño de los antiguos granos austeníticos puede determinarse por medio de un temple interrumpido durante el enfriamiento después del recocido, adoptando las condiciones de enfriamiento inicial a fin de provocar una germinación ferrítica intergranular, e interrumpirla por temple.

[0067] Los autores de la invención han puesto de manifiesto que el tamaño de estos antiguos granos de austenita condiciona la cinética de transformación de fases durante el enfriamiento después del recocido. En concreto, los granos austeníticos de tamaño, inferior a un micrómetro, contribuyen a reducir el valor de la temperatura Ms y, de este modo, a aumentar la formación de martensita reciente.

[0068] Por el contrario, la presencia de grandes granos austeníticos disminuye la formación de bainita con una pequeña cantidad de carburos.

[0069] Una fracción de antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro, comprendida entre el 40 y el 60 % de la población total de los granos austeníticos contribuye a reducir la temperatura Ms de transformación martensítica, a evitar la formación de una proporción demasiado importante de martensita autorrevenida y de bainita inferior, lo que disminuiría el alargamiento y el límite de elasticidad.

[0070] Las características microestructurales presentadas anteriormente se determinan, por ejemplo, observando la microestructura por Microscopia Electrónica de Barrido por medio de un cañón con efecto de campo (técnica «MEB-FEG») con un aumento superior a 1200x, acoplado a un detector EBSD(«Electrón Backscatter Diffraction»).Las morfologías de los listones y los granos se determinan por análisis de imágenes por medio de software conocido en sí mismos, por ejemplo el software Aphelion®.

[0071] La chapa de acero laminada en frío y recocida según la invención puede producirse sin recubrir, sin revestimiento, pero también puede ser recubierta. Por ejemplo, dicho revestimiento puede estar formado por zinc o aleación de zinc, en concreto, un revestimiento galvanizado-aleado que comprende del 7 al 12 % en peso de hierro.

[0072] En concreto, dicha chapa de acero es muy adecuada para el depósito de un revestimiento metálico, en concreto por galvanización por inmersión según los procedimientos habituales. En concreto, la composición y las características mecánicas del acero son compatibles con las tensiones y los ciclos térmicos de los procedimientos de revestimiento de zinc por inmersión continua.

[0073] El procedimiento de revestimiento usado depende de la aplicación pretendida. En concreto, el revestimiento puede obtenerse por templado, mediante una técnica de depósito al vacío tal como JVD(«Jet Vapour Deposition»),o bien por electrodeposición catiónica.

[0074] Los autores de la invención han puesto de manifiesto que una chapa de acero según la invención presenta una resistencia mecánica comprendida entre 1.180 y 1.320 MPa, junto con un límite de elasticidad comprendido entre 750 y 970 MPa, antes de cualquier operación de skin-pass, un alargamiento a la rotura de al menos el 7%, en concreto superior al 8 %, y una relación de expansión de orificio Ac % superior o igual al 20 %.

[0075] En concreto, se obtiene un límite de elasticidad comprendido entre 800 y 970 MPa al mismo tiempo que se conserva una resistencia mecánica inferior a 1.320 MPa. Es más, dicha chapa presenta un ángulo de flexión elevado. En concreto, cuando la chapa tiene un espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, el ángulo de flexión es de al menos 40°.

[0076] La implementación del procedimiento de fabricación de una chapa laminada según la invención incluye las etapas sucesivas siguientes:

Se suministra un acero de composición según la invención, y se procede a la colada de un producto semiacabado a partir de este acero. Esta colada puede realizarse en lingotes, o en modo continuo en forma de desbaste plano de espesor del orden de 200 mm.

[0077] Los semiproductos colados se llevan en primer lugar a una temperatura Tr superior a 1.250 °C, con el fin de homogeneizar el acero y de disolver completamente los precipitados.

[0078] Después, se lamina en caliente el semiproducto en un campo de temperatura donde la estructura del acero es totalmente austenítica, es decir, a una temperatura Tfl superior a la temperatura Ar3 de inicio de transformación de la austenita tras el enfriamiento. Si la temperatura Tfl es inferior a la temperatura Ar3, los granos de ferrita son batidos en frío por el laminado y la ductilidad se reduce. Preferentemente, se seleccionará una temperatura final de laminado superior a 875° C.

[0079] La chapa laminada en caliente se enfría a una velocidad superior a 30° C/s para evitar la formación de ferrita y de perlita, a continuación la chapa laminada en caliente se bobina a una temperatura TBob comprendida entre 500°C y 580 °C. La temperatura de bobinado debe ser inferior a 580 °C para evitar una oxidación durante el bobinado. Una temperatura de bobinado demasiado baja, es decir, inferior a 500 °C, conduce a un aumento de la dureza del acero, lo que aumenta los esfuerzos necesarios durante el laminado en frío posterior. El intervalo de temperatura de bobinado también permite evitar la formación de perlita.

[0080] A continuación, se decapará la chapa, mediante uno de los procedimientos conocidos de por sí.

[0081] Se lleva a cabo entonces un laminado en frío, con una tasa de reducción por ejemplo comprendida entre el 40% y el 70 % a fin de introducir una cantidad de deformación que permita una recristalización subsiguiente.

[0082] Se calienta después la chapa laminada en frío, preferentemente en una instalación de recocido continuo, con una velocidad media de calentamiento Vc comprendida entre 1 °C/s y 20 °C/s entre 600 °C y la temperatura Ac1 (temperatura de inicio de transformación alotrópica en austenita tras el calentamiento).

[0083] La temperatura Ac1 puede medirse por dilatometría, o evaluarse por medio de la fórmula siguiente publicada en «Darstellung der Umwandlungen für technische Anwendungen und Moglichkeiten ihrer Beeinflussung», H.P. Hougardy, Werkstoffkunde Stahl Band 1,198-231, Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1984:

[0084] En esta fórmula, la temperatura Ac1 se expresa en grados Celsius, y los contenidos elementales de la composición se expresan en porcentajes en peso.

[0085] Durante el calentamiento del acero entre 600 °C y Ac1, se produce un inicio de recristalización y se forman precipitados de (TiNbMo)(CN), que permiten controlar la distribución del tamaño de los granos austeníticos formados a partir de Ac1. De una manera sorprendente, los autores de la invención han puesto de manifiesto que el control de la velocidad media de calentamiento V<c>entre 600 °C y Ac1 y así del tiempo de calentamiento entre 600 °C y Ac1, que corresponde al tiempo entre el inicio de recristalización y el inicio de la transformación de fases, es determinante para las cinéticas de las transformaciones de fases posteriores, en concreto durante la etapa de mantenimiento posterior a la temperatura de recocido Tm. Los autores de la invención han puesto así de manifiesto, de manera inesperada, que la elección de una velocidad media de calentamiento Vc entre 600 °C y Ac1 comprendida entre 1°C/s y 20 °C/s permite, al final del procedimiento de fabricación, obtener un acero cuya microestructura está constituida, en proporción superficial, por del 40 al 70 % en suma de martensita y de bainita inferior, del 15 al 45 % de bainita con baja cantidad de carburos, del 5 a menos del 20 % de ferrita y de menos del 5 % de austenita residual en forma de islotes.

[0086] En concreto, una velocidad media de calentamiento Ve inferior a 1 °C/s conduciría a una duración bastante larga del calentamiento entre 600 °C y Ac1, por ende a una formación demasiado grande de ferrita y a una resistencia mecánica bastante pequeña.

[0087] Por el contrario, una velocidad media de calentamiento V<c>superior a 20 °C/s conduciría a un tiempo de calentamiento entre 600 °C y Ac1 demasiado bajo, y a un crecimiento insuficiente de los granos ferríticos durante el calentamiento entre 600 °C y Ac1.

[0088] Ahora bien, los autores de la invención han puesto de manifiesto que el tamaño de los granos ferríticos obtenidos al final del calentamiento entre 600 °C y Ac1 tiene una influencia en el tamaño de los granos de austenita al final de la austenización. Un crecimiento insuficiente de los granos ferríticos conlleva de hecho una formación de una fracción demasiado importante de pequeños granos de austenita, y por tanto una formación insuficiente de martensita autorrevenida al final del recocido, es decir, inferior al 40 %, debido a la disminución del valor de la temperatura Ms.

[0089] A continuación, se calienta la chapa laminada en frío desde la temperatura Ac1 hasta una temperatura de recocido Tm comprendida entre 780 °C y (Ac3-25 °C)

La temperatura Ac3 puede medirse por dilatometría o calcularse según la fórmula siguiente: Ac3= 912 - 370- 27,4 Mn 27,3Si -6,35Cr-32,7Ni+95,2V 190Ti+72Al+64,5Nb+5,57W+332S+276P+485N -900B 16,2CMn+32,3CSi+15,4CCr+ 48 C Ni 4,32 Si Cr- 17,3Si Mo -18,6 Si Ni 4,8 Mn Ni 40,5 Mo V+ 174 C2+ 2,46 Mn2 -6,86 Si2 0,322 Cr2+ 9,9 Mo2+1,24 Ni2 -60,2 V2.

[0090] En esta fórmula, la temperatura Ac3 se expresa en grados Celsius, y los contenidos elementales de la composición se expresan en porcentajes en peso.

[0091] Cuando la temperatura Tm es inferior a 780°C, la densidad de precipitados de (Ti, Nb, Mo) (CN) es tal que el endurecimiento puede inducir un aumento de Rm por encima del valor de 1.320 MPa y una menor aptitud para el conformado.

[0092] Cuando la temperatura Tm es superior a (Ac3-25 °C), el tamaño de grano austenítico crece de manera demasiado importante, de modo que se forma una cantidad excesiva de bainita inferior y de martensita autorrevenida, en detrimento de la martensita reciente y ya no es posible alcanzar una resistencia Rm de 1.180 MPa.

[0093] Se mantiene la chapa laminada en frío a la temperatura Tm durante un tiempo Dm comprendido entre 30 y 150 segundos.

[0094] El tiempo Dm se elige de manera que la fracción de los granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro representa del 40 al 60 % de la población total de los granos austeníticos. Un tiempo de mantenimiento Dm inferior a 30 s conduciría a la formación al final del procedimiento de una proporción demasiado importante de ferrita. El tamaño de los granos austeníticos condiciona la cinética de transformación de fase durante el enfriamiento después del recocido. En concreto, los granos austeníticos de pequeño tamaño, inferior a un micrómetro, contribuyen a reducir el valor de la temperatura Ms y, de este modo, a disminuir la formación de martensita autorrevenida.

[0095] El calentamiento de la chapa laminada en frío a una velocidad media de calentamiento Ve comprendida entre 1 °C/s y 20 °C/s entre 600 °C y la temperatura Ac1, seguido del calentamiento de la chapa laminada en frío entre Ac1 y Tm y del mantenimiento de la chapa laminada en frío a la temperatura Tm durante el tiempo Dm comprendido entre 50 y 100 segundos permite así controlar el tamaño de los granos de austenita formados, y más en particular controlar la fracción de estos granos cuyo tamaño es inferior a un micrómetro.

[0096] Estos parámetros de calentamiento permiten obtener la microestructura según la invención al final del recocido y contribuyen así a la obtención de las características mecánicas deseadas.

[0097] En el caso de una chapa destinada a ser galvanizada posteriormente, la chapa de acero se enfría a continuación a una velocidad Vr<1>comprendida entre 10 y 150 °C/s hasta una temperatura Te comprendida entre 400°C y 490 °C. La velocidad de enfriamiento debe ser superior a 10 °C/s con el fin de formar menos del 5 % de ferrita y de no formar demasiada bainita con baja cantidad de carburos.

[0098] En el caso de la fabricación de una chapa desnuda, la chapa de acero se enfría a una velocidad V<r2>comprendida entre 10 y 100° C/s hasta una temperatura Te comprendida entre 400 °C y 490 °C.

[0099] El enfriamiento puede efectuarse a partir de la temperatura Tm, en una sola o en varias etapas y en este último caso puede hacerse que intervengan diferentes modos de enfriamiento tales como baños de agua fría o hirviendo, chorros de agua o de gas.

[0100] La chapa se mantiene entonces a la temperatura Te durante un tiempo De comprendido entre 5 y 150 segundos.

[0101] En este estadio se produce una transformación parcial de la austenita en bainita con baja cantidad de carburos. El mantenimiento a Te debe ser inferior a 150 s para limitar la proporción de superficie de bainita y obtener así una proporción suficiente de martensita.

[0102] Las siguientes etapas del procedimiento difieren dependiendo de si se fabrica una chapa de acero galvanizada continua, en concreto, galvanizada-aleada, o no revestida.

[0103] Según una primera realización, correspondiente a la fabricación de una chapa de acero galvanizada continua, se reviste la chapa por pasada continua en inmersión en un baño de zinc o aleación de zinc a una temperatura TZn comprendida entre 450 °C y 480 °C, durante unos pocos segundos. Las temperaturas Te y TZn son tales que 0 °C < (Te-TZn) < 10 °C.

[0104] A continuación se enfría el producto galvanizado hasta la temperatura ambiente transformando una gran fracción de la austenita restante en martensita reciente y/o en bainita inferior.

[0105] En el caso en que se desee fabricar una chapa de acero laminada en frío, recocida y galvanizada-aleada(«galvannealed»),se calienta el producto galvanizado inmediatamente a la salida del baño de zinc o de aleación de zinc a una temperatura Tg comprendida entre 490 y 550 °C durante un tiempo Tg comprendido entre 10 y 40 s. Se provoca así la interdifusión del hierro y de la fina capa de zinc o de aleación de zinc depositada durante la inmersión, lo que permite obtener una chapa galvanizada-aleada.

[0106] A continuación se enfría la chapa galvanizada-aleada hasta la temperatura ambiente transformando una gran fracción de la austenita restante en martensita reciente y/o en bainita inferior.

[0107] En todas las realizaciones descritas anteriormente se obtiene de esta forma una chapa de acero laminada en frío y recocida que contiene, en proporción superficial, una suma del 40 al 70 % de martensita y de bainita inferior, del 15 al 45 % de bainita con baja cantidad de carburos, de 5 a menos del 20 % de ferrita y menos del 5 % de austenita residual en forma de islotes.

[0108] Los autores de la invención han puesto de manifiesto que la implementación de este procedimiento permite obtener una chapa de acero que presenta una resistencia mecánica comprendida entre 1.180 y 1.320 MPa, junto con un límite de elasticidad comprendido entre 750 y 970 MPa (antes de cualquier operación de skin-pass), un alargamiento a la rotura de al menos el 7 %, e incluso el 8 %, cuya relación de expansión de orificio Ac % es superior o igual al 20 %.

[0109] Además, la implementación de este procedimiento permite garantizar para la chapa un ángulo de plegado de al menos 40° cuando la chapa tiene un espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm.

[0110] Además, la chapa obtenida presenta una buena aptitud para la soldadura por medio de los procedimientos de ensamblado usuales tales como la soldadura por resistencia por puntos.

[0111] A modo de ejemplo no limitativo, los resultados siguientes mostrarán las características ventajosas conferidas por la invención.

[0112] Se han proporcionado semiproductos de acero cuyas composiciones, expresadas en contenidos ponderales (%), se presentan en la tabla 1 mostrada a continuación.

[0113] Además de los aceros I1 a I3 que sirven para la fabricación de chapas según la invención, se ha indicado a modo de comparación la composición de aceros R1 a R5 empleados para la fabricación de chapas de referencia.

[0114] Se ha medido por dilatometría, o calculado la temperatura Ac3 por medio de la fórmula mencionada anteriormente y recogido estos valores en la tabla 1.

Tabla 1 - Com osiciones de aceros - Tem eratura Ac3

[0115] Los semiproductos colados correspondientes a las composiciones anteriores se calentaron a una temperatura T<r>superior a 1.250 °C, y a continuación se laminaron en caliente, siendo la temperatura de fin de laminado igual a 850 °C, superior a Ar3 para todos estos aceros.

[0116] Las chapas laminadas en caliente se enfriaron evitando la formación de ferrita y perlita, y a continuación se bobinaron a una temperatura de 545 °C. Posteriormente, las chapas se laminaron en frío hasta un espesor de 1,4 mm.

[0117] En un primer conjunto de ensayos, las chapas I1 se calentaron a continuación con una velocidad de calentamiento V<c>, entre 600 °C y Ac1, donde Ac1 designa la temperatura de inicio de transformación austenítica tras el calentamiento, y después de Ac1 hasta una temperatura Tm y se mantuvieron a la temperatura Tm durante un tiempo Dm.

[0118] Las chapas se enfriaron a una velocidad Vr<1>hasta una temperatura Te, y a continuación se mantuvieron a la temperatura Te durante un tiempo De.

[0119] Durante un ensayo particular (I1F), la chapa I1 se calentó hasta 810 °C, se mantuvo durante 120 s a esta temperatura, y a continuación se enfrió por temple al agua con una velocidad superior a 100 °C/s hasta la temperatura ambiente, es decir, sin etapa de mantenimiento a la temperatura Te.

[0120] Estos ensayos se realizaron según diferentes condiciones de tratamiento (A a H), indicadas en la tabla 2. En esta tabla, «n.a. » significa: no aplicable. De hecho, según el tratamiento F, no se realiza ningún mantenimiento a una temperatura Te, por lo que no se puede definir un tiempo de mantenimiento De pertinente.

[0121] Según un segundo conjunto de ensayos, las clases R1-R5 se trataron según las condiciones definidas en la tabla 3.

[0122] Las chapas fabricadas en todas las condiciones anteriores se recubrieron posteriormente con un revestimiento por templado de forma continua en un baño de zinc a 460 °C y se calentaron inmediatamente a 510°C para obtener un revestimiento galvanizado-aleado.

____________ ________ Tabla 2: Condiciones de ensayos^ realizadas en la clase I1 _________ _________

)

Valores subrayados: no según la invención

Tabla 3: Condiciones de ensa os realizadas en las clases I2 I3 R1 a R5

[0123] Se determinaron las características mecánicas de las chapas así obtenidas, resultantes de la composición del acero y del tratamiento térmico. Por convención, las chapas se identificaron asociando la denominación de la composición química y del tratamiento térmico: así, I1A designa la chapa obtenida a partir de la composición 11 sobre la que se han aplicado las condiciones del tratamiento térmico A.

[0124] Mediante ensayos de tracción, se determinaron el límite de elasticidad Re, la resistencia a la rotura Rm y el alargamiento total At de las chapas obtenidas por estos diferentes modos de fabricación. Asimismo se determinó la aptitud para el plegado de estas chapas determinando el ángulo máximo antes de la rotura.

[0125] Este ángulo se determina aplicando un punzón a las chapas para doblarlas. La fuerza a aplicar para realizar el plegado crece hasta la rotura. La medida de la fuerza aplicada durante el plegado permite así detectar el inicio de la rotura de la chapa, y medir el ángulo máximo de plegado cuando se produce esta rotura.

[0126] También se determinó la relación de expansión de orificio Ac % de cada chapa realizando un orificio de 10 mm de diámetro por corte en la chapa, y después por medio de una herramienta troncocónica realizando una expansión en los bordes de este orificio. Como se describe en la norma ISO 16630:2009, se midió el diámetro inicial Di del orificio antes del embutido, y después el diámetro final Df del orificio después del embutido, en el momento en que se observan fisuras pasantes en el espesor de la chapa en los bordes del orificio. Se determinó entonces la aptitud para la expansión de orificio Ac % según la fórmula siguiente:

Ac% =<10 0 * ^ —>D,<5í_.>

[0127] También se determinaron las características de la microestructura de los aceros. Se cuantificaron las fracciones de superficie de martensita (incluyendo la martensita autorrevenida y la martensita reciente) y de bainita inferior (conjuntamente), de martensita autorrevenida y de bainita inferior (conjuntamente), y de bainita con baja cantidad de carburos en cortes pulidos sometidos a un ataque con bisulfito de sodio. La fracción de superficie de martensita reciente se cuantificó después del ataque mediante un reactivo NaOH-NaNO3.

[0128] Asimismo se determinó la fracción de superficie de ferrita gracias a las observaciones por microscopia óptica y electrónica de barrido donde se ha identificado la fase ferrítica.

[0129] También se observaron la naturaleza, el tamaño y la densidad de los precipitados sobre lámina delgada en microscopia electrónica de transmisión.

[0130] Los detalles relativos a las microestructuras de las chapas se llevaron a la tabla 4 mostrada a continuación.

Tabla 4 - Características microestructurales de las cha as obtenidas

Valores subrayados: no según la invención

n.d. : no determinado

[0131] Las propiedades mecánicas de las chapas fueron mostradas en la tabla 5 a continuación.

-

n.d: no determinado.

[0132] Se ponen así de relieve las relaciones entre las composiciones de los aceros, su microestructura y sus propiedades mecánicas.

[0133] Las chapas de acero según la invención presentan una composición y una microestructura que permiten obtener una resistencia mecánica, un límite de elasticidad, un alargamiento, un ángulo de plegado y una relación de expansión de orificio que satisfacen los valores previstos.

[0134] Las figuras 1 y 2 ilustran la microestructura del ejemplo I1A. La Figura 1 muestra el resultado de un ataque de la chapa por bisulfito de sodio, mientras que la Figura 2 ilustra el resultado del ataque de la chapa por el reactivo NaOH-NaNO3. La Figura 1 revela la martensita autorrevenida y la bainita inferior (M+Bl), así como la bainita con baja cantidad de carburos (BFC). La Figura 2 revela, en forma de zonas más oscuras, la martensita reciente (MF, por sus siglas en francés).

[0135] En el ensayo I1A, las observaciones en MET (figura 3) revelan la presencia de carbonitruros (Ti, Nb, Mo) (CN) de un tamaño medio de 7 nm, en cantidad inferior a 10.000 precipitados/pm3, de modo que se alcanzan todas las propiedades mecánicas deseadas. Estas observaciones también ponen de relieve la presencia de carburos en forma de bastones orientados en las direcciones <111> en los listones de martensita autorrevenida y de bainita inferior. La bainita con baja cantidad de carburos contiene menos de 100 carburos por unidad de superficie de 100 micrómetros cuadrados.

[0136] En el ensayo I1B, la temperatura de recocido Tm está demasiado cerca de AC3, lo que conduce a una pequeña cantidad de carbono en la austenita. Se forma demasiada bainita con poca cantidad de carburos durante el enfriamiento y el mantenimiento a la temperatura Te. Esto se traduce en una resistencia mecánica demasiado baja.

[0137] En los ensayos I1D y I1E, la velocidad de calentamiento Vc es demasiado baja. Se observa de este modo un crecimiento excesivo de los granos de ferrita. Así, subsiste en el acero una cantidad demasiado importante de ferrita y no hay suficiente martensita o de bainita inferior. Por tanto, la resistencia mecánica Rm no se alcanza incluso para tiempos de mantenimiento Dm de 60 s, como es el caso del ejemplo I1E.

[0138] En el ensayo I1F, la velocidad de enfriamiento V<r>es demasiado elevada. De este modo, se forma bastante martensita y bainita inferior, y no hay bastante bainita con una pequeña cantidad de carburos y martensita reciente. La resistencia mecánica y el límite de elasticidad están así muy por encima de los pretendidos mientras que el alargamiento es demasiado bajo.

[0139] El tiempo de mantenimiento Dm a temperatura Tm del tratamiento G es demasiado corto, por lo que la chapa producida según la condición I1G presenta una tasa de recristalización de la ferrita inferior al 15%. Esto genera una estructura de bandas que conduce a un bajo valor de expansión de orificio.

[0140] En el ensayo I1H, la temperatura de recocido demasiado baja conduce a una densidad demasiado grande de precipitados de pequeño tamaño: las observaciones en MET (figura 4) muestran un tamaño medio de 5 nm en cantidad superior a 10.000 precipitados/pm3, de modo que la resistencia mecánica excede de 1.320 MPa. Además, la baja temperatura de recocido Tm no permite alcanzar una tasa de recristalización de la ferrita superior al 15%, lo que conduce a un valor de expansión de orificio demasiado bajo.

[0141] En el caso de los ensayos I1G e I1H, la fracción de granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a 1 pm es demasiado importante, lo que induce una temperatura Ms demasiado baja, y por lo tanto la formación de una cantidad de bainita inferior más martensita autorrevenida demasiado baja. Esto contribuye a disminuir la expansión de orificio, que es demasiado débil para estos dos ensayos.

[0142] La chapa según el ejemplo R1B presenta contenidos de C, Cr, Ti y B demasiado elevados, de tal manera que su resistencia mecánica Rm es demasiado elevada a pesar de una cantidad de Mo demasiado baja. Así, aunque se obtenga un límite de elasticidad Re satisfactorio, el límite de elasticidad se obtiene junto con una resistencia mecánica Rm demasiado elevada. Las chapas según los ensayos R2B, R3B y R3C contienen contenidos de C y Mn y Mo demasiado bajos, por lo que no presentan una resistencia mecánica satisfactoria, aunque las cantidades de B y Cr sean muy elevadas.

[0143] El ejemplo R5 presenta un contenido de Mn demasiado bajo, lo que conduce a una formación demasiado importante de bainita con baja cantidad de carburos según los tratamientos B y C.

[0144] Las chapas de acero según la invención se usarán con aprovechamiento para la fabricación de piezas de estructuras o de seguridad en la industria automovilística.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. Chapa de acero laminada en frío y recocida de espesor comprendido entre 0,7 mm y 2 mm, de resistencia mecánica comprendida entre 1.180 MPa y 1.320 MPa, cuya relación de expansión de orificio Ac % es superior al 20 % y el ángulo de plegado superior o igual a 40°, cuya composición química comprende, estando los contenidos expresados en peso: 0,09 < C< 0,11 % 2,6 < Mn < 2,8% 0, 20 < Si <0,55% 0, 25<Cr <0,5 % 0,025 <T¡< 0,040 % 0,0015 < B< 0,0025 % 0,005 < Al <0 ,18% 0,08 <Mo< 0,15% 0,020< Nb <0,040% 0,002 <N < 0,007 % 0,0005% <S< 0,005% 0,001% <P < 0,020%, Ca < 0,003% estando el resto constituido por hierro e impurezas inevitables provenientes de la elaboración, teniendo la chapa una microestructura constituida por martensita y/o bainita inferior, comprendiendo dicha martensita martensita reciente y/o martensita autorrevenida, estando la suma de las proporciones superficiales, medidas como se define en la descripción, de martensita y de bainita inferior comprendida entre el 40 y el 70 %, del 15 al 45 % en proporción superficial de bainita con baja cantidad de carburos, de 5 a menos del 20 % en proporción superficial de ferrita, siendo la fracción de ferrita no recristalizada con respecto a la fracción de ferrita total inferior al 15 %, y de menos del 5 % en proporción superficial de austenita residual en forma de islotes, representando la fracción de antiguos granos austeníticos cuyo tamaño es inferior a menos de un micrómetro del 40 al 60 % de la población total de dichos antiguos granos austeníticos.
2. 2. Chapa de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha microestructura comprende en proporción superficial del 15 al 45 % de martensita reciente.
3. 3. Chapa de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha microestructura comprende en proporción superficial del 5 al 50 % de suma de martensita autorrevenida y de bainita inferior.
4. 4. Chapa de acero según la reivindicación 3, caracterizada porque dicha martensita autorrevenida y dicha bainita inferior contienen carburos en forma de bastones orientados en las direcciones <111> de los listones martensíticos y bainíticos tal como se miden e identifican según la descripción.
5. 5. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dicha bainita con baja cantidad de carburos contiene menos de 100 carburos por unidad de superficie de 100 micrómetros cuadrados, medidos como se define en la descripción.
6. 6. Chapa de acero según cualquiera de las características 1 a 5, caracterizada porque contiene precipitados del tipo (Ti, Nb, Mo) (C, N) de tamaño inferior a 5 nanómetros, presentes en cantidad inferior a 10.000 precipitados/pm3.
7. 7. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la composición química comprende, estando el contenido expresado en peso: 2,6 < Mn< 2,7%.
8. 8. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la composición química comprende, estando el contenido expresado en peso:
9. 9. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la composición química comprende, estando el contenido expresado en peso: 0,005 < Al < 0,030%
10. 10. Procedimiento de fabricación de una chapa laminada en frío y recocida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende las etapas sucesivas siguientes: - se suministra un semiproducto cuya composición química comprende, estando los contenidos expresados en peso: 0,09 < CSO, 11 % 2,6 <Mn < 2,8% 0, 20 < Si< 0,55% 0, 25< Cr < 0,5 % 0,025 < Ti < 0,040 % 0,0015 <B<0,0025 % 0,005< Al<0,18 % 0,08< Mo< 0,15% 0,020< Nb < 0,040% 0,002 < N < 0,007 % 0,0005% <S< 0,005% 0,001 %<P < 0,020%, Ca< 0,003% estando el resto constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboración, a continuación - se calienta dicho semiproducto a una temperatura Tr superior o igual a 1.250 °C, a continuación - se lamina en caliente dicho semiproducto, siendo la temperatura de fin de laminado superior a la temperatura Ar3 de inicio de transformación de la austenita tras el enfriamiento, para obtener una chapa laminada en caliente, a continuación - se enfría dicha chapa laminada en caliente a una velocidad superior a 30 °C/s para evitar la formación de ferrita y de perlita, a continuación - se bobina dicha chapa laminada en caliente a una temperatura comprendida entre 580 ° y 500 °C, a continuación - se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente para obtener una chapa laminada en frío, a continuación - se calienta dicha chapa laminada en frío entre 600°C y Ac1, designando Ac1 la temperatura de inicio de transformación austenítica tras el calentamiento, con una velocidad de recalentamiento Vc comprendida entre 1 y 20 °C/s, a continuación - se lleva dicha chapa laminada en frío hasta una temperatura Tm comprendida entre 780 °C y (Ac3-25° C), y se mantiene a dicha temperatura Tm dicha chapa laminada en frío durante un tiempo Dm comprendido entre 30 y 150 segundos, entendiéndose que Ac3 designa la temperatura de fin de transformación austenítica tras el calentamiento, a continuación - se enfría la chapa a una velocidad VR1 comprendida entre 10 y 150 °C/s hasta una temperatura Te comprendida entre 400 y 490 °C, a continuación - se mantiene la chapa a la temperatura Te durante un tiempo De comprendido entre 5 y 150 segundos, a continuación - se reviste la chapa mediante el paso en modo continuo en inmersión en un baño de zinc o en aleación de zinc a una temperatura TZn comprendida entre 450 °C y 480 °C, siendo dichas temperaturas Te y TZn tales que 0 < (Te-TZn) < 10 °C, de forma que se obtenga una chapa revestida, a continuación - se calienta opcionalmente dicha chapa revestida a una temperatura Tg comprendida entre 490° C y 550 °C durante un tiempo tG comprendido entre 10 s y 40 s.
11. 11. Uso de una chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, o fabricada por un procedimiento según la reivindicación 10, para la fabricación de piezas de estructuras o de seguridad para vehículos automóviles.