BR0004032B1 - processo de realização de tira de chapa de aço ferrìtico, e chapa de aço ferrìtico. - Google Patents

processo de realização de tira de chapa de aço ferrìtico, e chapa de aço ferrìtico. Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSODE REALIZAÇÃO DE TIRA DE CHAPA DE AÇO FERRÍTICO, E CHAPADE AÇO FERRÍTICO".
A invenção refere-se a um aço ferrítico a 14% de cromo estabili-zado com nióbio e a sua utilização na indústria automobilística.
Os aços utilizados para peças situadas a montante de uma linhade escape de um veículo automóvel, parte quente da linha, devem apresen-tar simultaneamente uma boa resistência à oxidação e uma boa resistênciaà fluência. Para a fabricação do coletor, uma boa característica de confor-mação também é necessária. Os aços utilizados para essas partes quentessão com freqüência, ou aços austeníticos relativamente custosos e de baixaresistência à oxidação, mas que apresentam boas características de con-formação, ou aços ferríticos biestabilizados que apresentam uma boa resis-tência à oxidação mas que são relativamente difíceis para conformar.
O objetivo da invenção é propor um aço ferrítico, econômico,que apresente uma resistência a quente muito boa tanto à fluência quanto àoxidação, até 1000°C e uma característica em dureza melhorada para suaconformação.
A invenção tem como objeto um processo de realização de umatira de chapa feita de aço ferrítico a 14% de cromo estabilizado com nióbiocaracterizado pelo fato de que o aço de seguinte composição ponderai:carbono < 0,02%
0,002% < nitrogênio < 0,02%
0,05% < silício < 1%
0% < manganês < 1 %
0,2% < nióbio < 0,6%
13,5% < cromo < 16,5%
0,02% < molibdênio < 1,5%
0% < cobre < 1,5%
30 0% < níquel < 0,2%
0% < fósforo < 0,020%0,005% < estanho < 0,04%
as impurezas inerentes à elaboração
o teor em nióbio, carbono, nitrogênio satisfazendo a relação:9,5 < Nb/(C+N)
é submetido a:
- um reaquecimento antes de laminação a quente a uma tempe-ratura compreendida entre 1150°C e 1250°C e de preferência a cerca de1175°C,
- uma bobinagem a uma temperatura compreendida entre 600°Ce 800°C e de preferência a cerca de 600°C,'
- uma laminação a frio da bobina com ou sem recozimento prévio,
- um recozimento final da tira de chapa a uma temperatura com-preendida entre 800°C e HOO0C durante um tempo compreendido entre 1min e 5 min e de preferência a uma temperatura de cerca de 1050°C duranteum tempo de cerca de 2 min.
As outras características da invenção são:
- depois de recozimento final ou prévio à utilização, a chapa ésubmetida a um tratamento térmico a uma temperatura compreendida entre800°C e 1000°C durante um tempo compreendido entre 1 min e 100 h e depreferência a uma temperatura de cerca de 850°C durante um tempo igualou inferior a 30 min.
A invenção também se refere a uma chapa feita de aço ferríticoa 14% de cromo estabilizado com nióbio obtida para a execução do proces-so que se caracteriza pela seguinte composição ponderai:
carbono < 0,02%0,002% < nitrogênio < 0,02%0,05% < silício < 1%0% < manganês < 1 %0,2% < nióbio < 0,6%13,5% < cromo < 16,5%0,02% < molibdênio < 1,5%0% < cobre < 1,5%0% < níquel < 0,2%0% < fósforo < 0,020%0% < enxofre < 0,003%0,005% < estanho < 0,04%
as impurezas inerentes à elaboraçãoo teor em nióbio, carbono, nitrogênio satisfazendo a relação:9,5 < Nb/(C+N).
As outras características da invenção são:
- o teor em Nb satisfaz a relação 0,1 < ANb < 0,5 com ANb = Nb
- 7(C+N) e de preferência 0,2 < ANb < 0,3
- os teores em nióbio, silício, molibdênio satisfazem a relação:ANb/(Si+Mo) < 0,9
- os teores ponderais em nióbio e estanho satisfazem a relação:ANb/Sn < 50
- os teores em manganês e Silício satisfazem a relação:Si/Μη > 1.
Os teores em nióbio, titânio, zircônio, alumínio satisfazem a rela-ção:
Nb/(Ti+Zr+AI) >0,16.
- o aço contém, depois de tratamento térmico, nas ligações dosgrãos, uma fase intermetálica com estrutura tetragonal do tipo Fe2Nb3.
A invenção também se refere à utilização da chapa de aço ferrí-tico na indústria automobilística e notadamente para a realização de coletorde linha de escape.
A descrição que se segue e as figuras anexas farão compreen-der bem a invenção:
As figuras 1A e 1B apresentam respectivamente uma microes-trutura de um aço de acordo com a invenção, referenciado 1 nas tabelas I eII, e uma microestrutura de um aço de comparação, referenciado 6 nas tabe-las I e II, depois de tratamento térmico cada um dos dois aços possuindo ummesmo ANb de cerca de 0,25%.A figura 2 apresenta uma microestrutura de um aço de compara-ção referenciado 9 nas tabelas I e II, com um ANb relativamente alto de cer-ca de 0,43% que apresenta depois de tratamento térmico, precipitados inter-granulares de tipo Fe2Nb, distribuídos de maneira desordenada.
A figura 3 apresenta as caraterísticas mecânicas em dureza paraum aço de acordo com a invenção, referenciado 1 nas tabelas I e II, e doisaços de comparação, referenciados 6 e 9 nas tabelas I e II, antes e depoisde tratamento térmico de formação de precipitados respectivamente de tipoFe2Nb3 e Fe2Nb.
Os aços ferríticos que contêm os elementos tais como titânio,zircônio, alumínio e manganês como está precisado nas composições dosaços de referência 5-9 das tabelas I e II, apresentam em todas as temperatu-ras como fase intermetálica, a fase de Laves Fe2Nb. Para um valor de ANb< 0,3%, a fase de Laves Fe2Nb é completamente colocada em solução atemperaturas iguais ou superiores a 950°C, como o mostra a figura 1B. Issoexplica o mau comportamento desses aços na resistência à fluência a ouacima de 950°C.
Os elementos como o titânio, o zircônio ou o alumínio, ainda quedevendo ser evitados na composição do aço de acordo com a invenção po-dem entretanto estar presentes na composição com teores tais como:
titânio <0,01%
zircônio <0,01%
alumínio < 0,1%
e satisfazer de preferência a relação:
Nb/(Ti+Zr+AI) >0,16%
Nos aços que dizem respeito à invenção nos quais os elementosmolibdênio, compreendido entre 0,02% e 1%, silício compreendido entre0,05% e 1 %, estanho compreendido entre 0,005% e 0,04%, estão presentese nos quais as relações ANb/(Si+Mo) < 0,9, Si/Μη > 1, ANb/Sn < 50 eNb/(Ti+Zr+AI) > 0,16% são satisfeitas, é encontrada a fase de Laves Fe2Nbsomente em baixa temperatura quer dizer em torno de cerca de 650°C. Paratemperaturas mais elevadas, quer dizer iguais ou acima de 700°C, a fasequadrática do tipo Fe2Nb3 é a única fase intermetálica observada. Essa faseapresenta uma solubilidade menor que a fase de Laves Fe2Nb. Para umbaixo ANb de 0,23%, mesmo a 950°C, uma quantidade grande de Fe2Nb3permanece presente como pode ser visto na microestrutura da figura 1A. Apresença da fase Fe2Nb3 em alta temperatura, em grande quantidade tem avantagem de gerar uma resistência à fluência e conformação muito boas dosaços de acordo com a invenção.
A fase de Laves Fe2Nb é um composto intermetálico, que,quando ele existe em um aço, precipita de modo intragranular e nas juntasde grãos de maneira anárquica e não impede de modo suficiente o desloca-mento das juntas de grãos, portanto o material flui. Uma quantidade grandedesse precipitado intermetálico é necessária para melhorar a resistência àfluência.
A precipitação da fase Fe2Nb3 nas juntas de grãos assegurauma diminuição da dureza do aço em relação a um aço no qual todos osprecipitados intermetálicos foram colocados em solução ou precipitaram demodo intergranular (figura 3).
Se a relação S/Mn superior a 1 não é respeitada, é também ointermetálico Fe2Nb3 que aparece. Entretanto, o manganês aumenta a solu-bilidade do intermetálico Fe2Nb3 e a formação, em alta temperatura, de umafase Z do tipo CrNbN nos grãos. A 950°C, o intermetálico Fe2Nb3 é assimdissolvido. O aço apresenta uma má resistência em fluência e em oxidação.
O silício compensa esse efeito.
Para assegurar uma boa conformação e uma boa resistência emfluência, o que se manifesta por uma quantidade elevada dos precipitadosintermetálicos nas juntas de grãos, um tratamento térmico a uma temperatu-ra da ordem de 900°C, de preferência da ordem de 850°C, durante um perí-odo relativamente curto, inferior ou igual a 30 min, depois de recozimentofinal ou previamente à utilização foi efetuado. O tratamento térmico permiteuma precipitação homogênea muito fina nos níveis das juntas de grãos dafase Fe2Nb3. Esses precipitados servem como centro de germinação. Elespermitem uma precipitação muito homogênea, nas juntas de grãos, da faseFe2Nb3 em qualquer temperatura superior ou igual a 750°C o que é favorá-vel para uma boa resistência à fluência.
Para melhorar a resistência à corrosão uma adição de cobrecom um teor moderado, inferior ou igual a 15%, pode ser efetuada.
A tabela I apresenta as análises químicas das ligas estudadas.
As ligas 1 a 4 são ligas de acordo com a ligas. As ligas 5 a 9 são exemplosde comparações.
A tabela Il apresenta os resultados de fluência a 950°C depoisde 100 h, da oxidação cíclica a 950°C e 1000°C depois de 200 h, a durezadepois de recozimento final e depois de tratamento térmico a 850°C de a-cordo com a invenção, assim como o ANb, o tipo de intermetálico presente aT > 700°C e a presença ou ausência dos intermetálicos a 950°C. Essa tabe-la apresenta também as relações satisfeitas ou não pelos elementos dascomposições apresentadas.
As composições que satisfazem todas as relações e que apre-sentam assim as melhores características em fluência, oxidação e durezaantes e depois de tratamento térmico, com o ANb mais baixo, são as ligas 1-4 de acordo com a invenção.<table>table see original document page 8</column></row><table><table>table see original document page 9</column></row><table><table>table see original document page 10</column></row><table>

Claims (9)

1. Processo de realização de uma tira de chapa de aço ferrítico a 14% de cromo estabilizado com nióbio, caracterizado pelo fato de que oaço de seguinte composição ponderai:carbono < 0,02%-0,002% < nitrogênio < 0,02%-0,05% < silício <1%-0% < manganês < 1 %-0,2% < nióbio < 0,6%-13,5% < cromo <16,5%-0,02% < molibdênio <1,5%-0% < cobre < 1,5%-0% < níquel < 0,2%-0% < fósforo < 0,020%-0% < enxofre < 0,003%-0,005% < estanho < 0,04%opcionalmente, titânio < 0,01%, zircônio < 0,01% e alumínio <0,1%as impurezas inerentes à elaboraçãoo teor em nióbio, carbono, nitrogênio satisfazendo a relação:-9,5 < Nb/(C+N)é submetido a:- um reaquecimento antes de laminação a quente a uma tempe-ratura compreendida entre 1150°C e 1250°C e de preferência a cerca de 1175°C,- uma bobinagem a uma temperatura compreendida entre 600°Ce 800°C e de preferência a cerca de 600°C,- uma laminação a frio da bobina com ou sem recozimento prévio,- um recozimento final da tira de chapa a uma temperatura com-preendida entre 800°C e 1100°C durante um tempo compreendido entre 1min e 5 min e de preferência a uma temperatura de cerca de 1050°C duranteum tempo de cerca de 2 min.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que depois do recozimento final ou previamente à utilização, achapa é submetida a um tratamento térmico a uma temperatura compreen-dida entre 800°C e 1000°C durante um tempo compreendido entre 1 min e-100 h e de preferência a uma temperatura de cerca de 850°C durante umtempo igual ou inferior a 30 min.
3. Chapa de aço ferrítico a 14% de cromo estabilizado com nió-bio, obtida pelo processo como definido na reivindicação 1 ou 2, caracteri-zada pela seguinte composição ponderai:carbono < 0,02%0,002% < nitrogênio < 0,02%0,05% < silício < 1%0% < manganês < 1%0,2% < nióbio < 0,6%13,5% < cromo < 16,5%0,02% < molibdênio < 1,5%0% < cobre < 1,5%0% < níquel < 0,2%0% < fósforo < 0,020%0% < enxofre < 0,003%0,005% < estanho < 0,04%opcionalmente, titânio < 0,01%, zircônio < 0,01% e alumínio < 0,1%as impurezas inerentes à elaboraçãoo teor em nióbio, carbono, nitrogênio satisfazendo a relação:-9,5 < Nb/(C+N).
4. Chapa de aço ferrítico de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que o teor em Nb satisfaz a relação 0,1 < ANb < 0,5com ANb = Nb - 7(C+N) e de preferência 0,2 < ANb < 0,3.
5. Chapa de aço ferrítico de acordo com uma das reivindicações-3 e 4, caracterizada pelo fato de que os teores em nióbio, silício e molibdê-πίο ssus.azem a r elaçãc:ANb/(Si+Mo) < 0,9.
6. Chapa de aço de acordo com uma das reivindicações 3 a 5,caracterizada pelo fato de que os teores ponderais em nióbio e estanho sa-tisfazem a relação: ANb/Sn > 50.
7. Chapa de aço de acordo com uma das reivindicações 3 a 6,caracterizada pelo fato de que os teores ponderais em silício e manganêssatisfazem a relação: Si/Μη > 1.
8. Chapa de aço ferrítico de acordo com uma das reivindicações-3 a 7, caracterizada pelo fato de que os teores em nióbio, titânio, zircônio,alumínio satisfazem a relação:Nb/(Ti+Zr+AI) >0,16.
9. Chapa de aço ferrítico de acordo com uma das reivindicações-3 a 8, caracterizada pelo fato de que o aço contém, depois de tratamentotérmico, nos contornos de grãos, uma fase intermetálica com estrutura tetragonal do tipo Fe2Nb3.
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