BR112013025002B1 - Chapa grossa de aço resistente à abrasão e método para produção da mesma - Google Patents

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Abstract

placa de aço resistente à abrasão, ou placa de aço excelente em resistência a craqueamento por corrosão de tensão, e método para produção da mesma. a presente invenção refere-se a uma placa de aço resistente à abrasão ou chapa de aço, adequada para uso em máquinas de construção, máquinas industriais, e similares, excelente em resistência a craqueamento por corrosão de tensão, e um método para produção da mesma. uma placa de aço ou chapa de aço tem uma composição contendo 0,20% a 0,27% de c, 0,05% a 1,0% de si, 0,30% a 0,90% de mn, p, s, 0,005% a 0,025% de nb, 0,008% a 0,020% de ti, 0,1% ou menos de ai, e 0,0010% a 0,0060% de n, em % em massa, a composição contendo adicionalmente um ou mais de cr, mo, w, e b, a composição contendo um ou mais de cu, ni, v, um rem, ca, e mg, conforme requerido, o restante sendo fe e impurezas inevitáveis. a placa de aço ou chapa de aço tem um di* de 45 ou mais, e uma microestrutura tendo uma fase base ou fase principal que é martensita temperada. os precipitados contendo nb/ti tendo um tamanho de grão de 0,01 (mi)m a 0,5 (mi)m, em termos de diâmetro de círculo equivalente, estão presentes na placa de aço ou chapa de aço a 2 x 102 grãos/mm2 ou mais. após ser aquecido, um produto semiacabado tendo a composição de aço é laminado a quente, e é submetido a reaquecimento-têmpera ou têmpera direta.

Description

Campo Técnico
[001] A presente invenção refere-se a chapa grossas de aço ou chapas de aço resistentes à abrasão, tendo uma espessura de 4 mm ou mais, adequadas para uso em máquinas de construção, máquinas industriais, construção naval, tubos de aço, engenharia civil, arquitetura, e similares, e, particularmente, se refere a chapa grossas de aço ou chapas de aço excelentes em resistência a trinca por corrosão de tensão.
Técnica Antecedente
[002] No caso onde chapa grossas de aço ou chapas de aço laminadas à quente são usadas em máquinas de construção, máquinas industriais, construção naval, tubos de aço, engenharia civil, estruturas de aço, tais como construções, maquinarias, equipamentos, ou similares, a propriedade de resistência à abrasão é requerida para tais chapa grossas de aço ou chapas de aço em alguns casos. A abrasão é um fenômeno que ocorre em partes móveis de máquinas, aparelhos, ou similares devido ao contato contínuo entre aços ou entre aço e outro material, tal como solo ou rocha e, portanto, uma porção de superfície de aço é removida.
[003] Quando a propriedade de resistência à abrasão do aço é pobre, a falha de maquinaria ou equipamento é causada, e existe um risco que a resistência de estruturas não pode ser mantida; consequentemente, o reparo frequente, ou substituição de partes desgastadas, é inevitável. Portanto, existe uma forte demanda para um aumento na propriedade de resistência à abrasão de aço usado em partes de desgaste.
[004] De modo a permitir que o aço tenha excelente propriedade de resistência à abrasão, a dureza deste foi geralmente aumentada. A dureza deste pode ser significantemente aumentada por adoção de uma microestrutura de fase única de martensita. O aumento da quantidade de carbono de solução sólida é efetivo no aumento da dureza de uma microestrutura de martensita. Portanto, várias chapa grossas de aço e chapas de aço resistentes à abrasão foram desenvolvidas (por exemplo, Literaturas de Patente 1 a 5).
[005] Por outro lado, quando a propriedade de resistência à abrasão é requerida para porções de uma chapa grossa de aço ou chapa de aço, em muitos casos, a superfície de metal base é exposta. A superfície de aço contata vapor de água, umidade, ou óleo contendo um material corrosivo, e o aço é corroído.
[006] No caso onde aço resistente à abrasão é usado na maquinaria de mineração incluindo transportadores de minério, umidade no solo e um material corrosivo, tal como sulfeto de hidrogênio, estão presentes. No caso onde o aço resistente à abrasão é usado em maquinaria de construção, ou similares, umidade e óxido sulfúrico, que estão contidos em motores a diesel, estão presentes. Ambos os casos são frequentemente ambientes de corrosão muito severos. Nestes casos, para reações de corrosão na superfície de aço, o ferro produz um óxido (ferrugem) por uma reação de anodo, e hidrogênio produzido pela reação de catodo de umidade.
[007] No caso onde hidrogênio produzido por uma reação de corrosão permeia aço de alta dureza, tal aço resistente à abrasão, tendo uma microestrutura de martensita, o aço é extremamente quebradiço e é craqueado na presença de tensão residual de soldagem devido à operação de encurvamento, ou soldagem, ou tensão aplicada no ambiente de uso. Este é trinca de corrosão por tensão. De um ponto de vista de segurança de operação, é importante para o aço para uso em maquina- ria, equipamento, ou similares, ter excelente resistência à abrasão e re-sistência a trinca por corrosão de tensão. Listas de Citação Literatura de Patente PTL 1 Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 5-51691 PTL 2 Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 8-295990 PTL 3 Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2002-115024 PTL 4 Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2002-80930 PTL 5 Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2004-162120
Literatura de Não Patente
[008] NPL 1 Standard test method for stress corrosion cracking standardized by the 129th Committee (The Japanese Society for Strength and Fracture of Materials, 1985), Japan Society for the Promotion of Science
Sumário da Invenção Problema Técnico
[009] Contudo, os aços resistentes à abrasão propostos nas Literaturas de Patente 1 a 5 são direcionados para terem dureza de material base, resistência à fratura retardada (o acima para Literaturas de Patente 1, 3, e 4), soldabilidade, resistência à abrasão para porções soldadas, e resistência à corrosão em ambientes de corrosão de condensado (o acima para Literatura de Patente 5), e não têm excelente resistência a trinca por corrosão por tensão, ou resistência à abrasão, conforme determinada por um método de teste padrão para trinca por corrosão por tensão especificado na Literatura de Não Patente 1.
[0010] É um objetivo da presente invenção proporcionar uma chapa grossa de aço resistente à abrasão, ou chapa de aço que é excelente em eficiência econômica e excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, e que não causa uma redução na produtividade, ou um aumento no custo de produção, e um método para produção da mesma.
Solução para o Problema
[0011] De modo a alcançar o objetivo acima, os inventores investigaram intensivamente vários fatores que afetam os componentes químicos de uma chapa grossa de aço ou chapa de aço, um método de produção, e uma microestrutura para a proposta de assegurar excelente resistência a trinca por corrosão por tensão para uma chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão. Os inventores obtiveram as descobertas abaixo. 1. Assegurar alta dureza é essencial para assegurar exce-lenteresistência à abrasão. Contudo, um aumento excessivo na dureza causa uma redução significante na resistência a trinca por corrosão por tensão. Portanto, é importante controlar estritamente a faixa de dureza. Além disso, de modo a intensificar a resistência a trinca por corrosão por tensão, é efetivo que cementita, que age como locais de arraste para hidrogênio difusível, seja dispersa em uma chapa grossa de aço ou chapa de aço. Portanto, é importante que a microestrutura base de uma chapa grossa de aço ou chapa de aço seja produzida de martensita re- venida, de tal maneira que as composições químicas da chapa grossa de aço ou chapa de aço, incluindo C, sejam estritamente controladas.
[0012] Carbetos, nitretos, e carbonitretos complexos de Nb e/ou Ti em martensita revenida agem como locais de arraste para hidrogênio difusível produzido por uma reação de corrosão de aço, e têm o efeito de suprimir trinca quebradiço de hidrogênio se o estado de dispersão deste é apropriadamente controlado.
[0013] As condições de laminação, condições de tratamento de ca-lor,condições de resfriamento, e similares, afetam o estado de dispersão dos carbetos, nitretos, e carbonitretos complexos de Nb e/ou Ti na martensita revenida. É importante controlar estas condições de produção. Isto permite que fratura de limite de grão seja suprimida em ambientes corrosivos, e também permite que trinca por corrosão por tensão seja eficientemente impedido. 2. Além disso, de modo a suprimir eficientemente a fratura de limite de grão de uma microestrutura de martensita revenida, uma medida de aumentar a resistência de limite de grão é efetiva, um elemento de impureza, tal como P, necessita ser reduzido, e a faixa de teor de Mn necessita ser controlada. Mn é um elemento que tem o efeito de intensificar a dureza para contribuir para a intensificação de resistência à abrasão, e que é provavelmente para cossegregar com P no processo de solidificação de produtos semiacabados para reduzir a resistência de limite de grão de uma zona de micro segregação.
[0014] De modo a suprimir eficientemente fratura de limite de grão, o refino de grãos é efetivo, e a dispersão de inclusões finas tendo o efeito voltado para suprimir o crescimento de grãos é também efetivo. Portanto, é efetivo que os carbonitretos sejam dispersos no aço pela adição de Nb e Ti a este.
[0015] A presente invenção foi produzida pela revisão adicional das descobertas obtidas, e é conforme segue: 1. Uma chapa grossa de aço resistente à abrasão ou chapa de aço excelente em trinca por corrosão por tensão tem uma composição contendo 0,20% a 0,27% de C, 0,05% a 1,0% de Si, 0,30% a 0,90% de Mn, 0,010% ou menos de P, 0,005% ou menos de S, 0,005% a 0,025% de Nb, 0,008% a 0,020% de Ti, 0,1% ou menos de Al, 0,0010% a 0,0060% de N, e um ou mais de 0,05% a 1,5% de Cr, 0,05% a 1,0% de Mo, 0,05% a 1,0% de W, e 0,0003% a 0,0030% de B, em uma base em massa%, o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis. A chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão tem um índice de dureza DI* de 45 ou mais, conforme representado pela Equação (1) abaixo, e uma microestrutura tendo a fase base ou fase principal que é martensita revenida. Um carbeto, nitreto, ou carbonitreto que têm um tamanho de grão de 0,01 μm a 0,5 μm, em termos de diâmetro de círculo equivalente, e que contêm um ou ambos de Nb e Ti estão presentes no mesmo a 2 x 102grãos/mm2 ou mais. onde cada símbolo de elemento de liga representa o teor (percentagem de massa), e é 0 quando não estando contidos. 2. Na chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão, especificada no Item 1, excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, a composição de aço contém adicionalmente um ou mais de 1,5% ou menos de Cu, 2,0% ou menos de Ni, e 0,1% ou menos V, em uma base em massa%. 3. Na chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão, especificada no Item 1 ou 2, excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, a composição de aço contém adicionalmente um ou mais de 0,008% ou menos de um REM (metal de terra rara), 0,005% ou menos de Ca, e 0,005% ou menos de Mg, em uma base em massa%. 4. Além disso, na chapa grossa de aço ou chapa de aço resistenteà abrasão, especificada em qualquer um dos Itens 1 a 3, excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, o tamanho de grão médio de martensita revenida é 15 μm ou menos, em termos de diâmetro de círculo equivalente. 5. Além disso, na chapa grossa de aço ou chapa de aço resistenteà abrasão, especificada em qualquer um dos Itens 1 a 4, excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, a dureza superficial é 400 a 520 HBW 10/3000, em termos de dureza Brinell. 6. Um método para produção de uma chapa grossa de aço resistente à abrasão ou chapa de aço excelente em trinca por corrosão por tensão inclui aquecimento de um produto semiacabado tendo a composição de aço especificada em qualquer um dos Itens 1 a 3, a 1.000°C a 1.200°C, realização de laminação à quente, realização de resfriamento, realização de reaquecimento a Ac3 a 950°C, e, em seguida,realização de têmpera. 7. Um método para produção de uma chapa grossa de aço resistente à abrasão, ou chapa de aço excelente em trinca por corrosão por tensão inclui aquecimento de um produto semiacabado tendo a composição de aço especificada em qualquer um dos Itens 1 a 3, a 1.000°C a 1.200°C, realização de laminação à quente a uma temperatura de 850°C ou mais alta, e realização de têmpera a uma temperatura de Ar3 a 950°C imediatamente após acabamento da laminação à quente.
[0016] Na presente invenção, o tamanho de grão médio da marten- sita revenida é determinado em termos do diâmetro de círculo equivalente dos grãos de austenita anteriores assumindo-se que a martensita revenida é os grãos de austenita anteriores.
Efeitos Vantajosos da Invenção
[0017] De acordo com a presente invenção, a seguinte chapa grossa ou chapa é obtida: uma chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão que é excelente em eficiência econômica e excelente em resistência a trinca por corrosão por tensão, e que não causa uma redução na produtividade, ou um aumento no custo de produção. Isto contribui grandemente para intensificar a segurança e vida das estruturas ade aço, e proporciona efeitos industrialmente notáveis.
Breve Descrição dos Desenhos
[0018] Fig. 1 é um gráfico mostrando o relacionamento entre a resistência a trinca por corrosão por tensão (KISCC) e o teor de Mn de aços resistentes à abrasão (aqueles tendo uma dureza Brinell de 450 a 500 HBW 10/3000) tendo um teor de P de 0,007% a 0,009%.
[0019] Fig. 2 é um gráfico mostrando o relacionamento entre a resistência a trinca por corrosão por tensão (KISCC) e o teor de P de aços resistentes à abrasão (aqueles tendo uma dureza Brinell de 450 a 500 HBW 10/3000) tendo um teor de Mn de 0,5% a 0,7%.
[0020] Fig. 3 é uma ilustração mostrando a forma de um espécime de teste usado em um trinca por corrosão por teste de tensão.
[0021] Fig. 4 é uma ilustração mostrando a configuração de um tes- tador usando o espécime de teste mostrado na Fig. 3.
Descrição das Concretizações Microestrutura
[0022] Na presente invenção, a fase base ou fase principal da mi- croestrutura de uma chapa grossa de aço ou chapa de aço é martensita, e o estado de um carbeto, nitreto, ou carbonitreto (daqui por diante referido como o precipitado contendo Nb/Ti), contendo ou ambos de Nb e Ti, presentes na microestrutura, é especificado.
[0023] O precipitado contendo Nb/Ti tem um tamanho de grão de 0,01 μm a 0,5 μm, em termos de diâmetro de círculo equivalente. Quando o tamanho de grão é menor do que 0,01 μm, o efeito de suprimir fragilização por hidrogênio por sites armadilhas para hidrogênio difusível é saturado e o custo de produção é aumentado porque a carga de produção é extremamente aumentada de modo a controlar o tamanho de grão para ser menor do que 0,01 μm na produção real. Em contraste, quando o tamanho de grão é maior do que 0,5 μm, o efeito de suprimir o engrossamento de grãos durante laminação à quente e tratamento de calor, ou o efeito de suprimir fragilização por hidrogênio pelos sites armadilhas para hidrogênio difusível não é alcançado.
[0024] Quando o precipitado contendo Nb/Ti, que tem o tamanho de grão acima, na microestrutura é menor do que 2 x 102 grãos/mm2, o efeito de suprimir o engrossamento de grãos durante laminação à quente e tratamento de calor, ou o efeito de suprimir fragilização por hidrogênio pelos sites armadilhas para hidrogênio difusível não é alcançado. Portanto, o precipitado contendo Nb/Ti é 2 x 102 grãos/mm2 ou mais.
[0025] Na presente invenção, no caso de aumento adicional da resistência a trinca por corrosão por tensão, a fase base ou fase principal da microestrutura da chapa grossa de aço ou chapa de aço é tornada martensita revenida tendo um tamanho de grão médio de 15 μm ou menos, em termos de diâmetro de círculo equivalente. De modo a assegurara resistência à abrasão da chapa grossa de aço ou chapa de aço, uma microestrutura da martensita revenida é necessária. Contudo, quando o tamanho de grão médio de martensita revenida é maior do que 15 μm, em termos de diâmetro de círculo equivalente, a resistência a trinca por corrosão por tensão é deteriorada. Portanto, o tamanho de grão médio de martensita revenida é preferivelmente 15 μm ou menos.
[0026] Quando microestruturas, tais como bainita, pearlita, e ferrita, estão presentes na fase base ou fase principal em adição à martensita revenida, a dureza é reduzida, e a resistência à abrasão é reduzida. Portanto, a menor fração de área destas microestruturas é preferível. Quando estas microestruturas estão presentes nas mesmas, a razão de área é preferivelmente 5% ou menos.
[0027] Por outro lado, quando martensita está presente, a resistência a trinca por corrosão por tensão é reduzida. Portanto, a menor fração de área de martensita é preferível. A martensita pode estar contida porque a influência desta é insignificante quando a razão de área desta é 10% ou menos.
[0028] Quando a dureza superficial é menor do que 400 HBW 10/3000, em termos de dureza Brinell, a vida do aço resistente à abrasão é curta. Em contraste, quando a dureza superficial é maior do que 520 HBW 10/3000, a resistência a trinca por corrosão por tensão é notavelmente deteriorada. Portanto, a dureza superficial preferivelmente varia de 400 a 520 HBW 10/3000, em termos de dureza Brinell.
Composição
[0029] Na presente invenção, de modo a assegurar excelente resistência a trinca por corrosão por tensão, a composição da chapa grossa de aço ou chapa de aço é especificada. Na descrição, percentagens são em uma base em massa%. C: 0,20% a 0,27%
[0030] C é um elemento que é importante no aumento da dureza de martensita, e em assegurar excelente resistência à abrasão. De modo a alcançar este efeito, o teor deste necessita ser 0,20% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,27%, a dureza da martensita aumenta excessivamente e a resistência a trinca por corrosão por tensão é reduzida. Portanto, o teor é limitado à faixa de 0,20% a 0,27%. O teor é preferivelmente 0,21% a 0,26%. Si: 0,05% a 1,0%
[0031] Si age como um agente de desoxidação, é necessário para produção de aço, e se dissolve no aço para ter um efeito de endurecer a chapa grossa de aço ou chapa de aço por fortalecimento da solução sólida. De modo a alcançar tal efeito, o teor deste necessita ser 0,05% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 1,0%, a soldabilidade é deteriorada. Portanto, o teor é limitado à faixa de 0,05% a 1,0%. O teor é preferivelmente 0,07% a 0,5%. Mn: 0,30% a 0,90%
[0032] Mn tem o efeito de aumentar a dureza do aço. De modo a assegurar a dureza de um material base, o teor necessita ser 0,30% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,90%, a dureza, ductili- dade, e soldabilidade do material base são deterioradas, a segregação Inter granular de P é aumentada, e a ocorrência de trinca por corrosão por tensão é promovida. A Fig. 1 mostra o relacionamento entre a resistência a trinca por corrosão por tensão (KISCC), e o teor de Mn de aços resistentes à abrasão (aqueles tendo uma dureza Brinell de 450 a 500 HBW 10/3000) tendo um teor de P de 0,007% a 0,009%. Um método de experimento é o mesmo conforme aquele para um exemplo abaixo. O valor de KISCC, isto é, a resistência a trinca por corrosão por tensão, diminui com o aumento do teor de Mn. O teor de Mn é limitado à faixa de 0,30% a 0,90%. O teor de Mn é preferivelmente 0,35% a 0,85%. P: 0,010% ou menos
[0033] Quando o teor de P é maior do que 0,010%, P segrega em limites de grão para agirem como a origem de trinca por corrosão por tensão. A Fig. 2 mostra o relacionamento entre a resistência a trinca por corrosão por tensão (KISCC), e o teor de P de aços resistentes à abrasão (aqueles tendo uma dureza Brinell de 450 a 500 HBW 10/3000), tendo um teor de Mn de 0,5% a 0,7%. É claro que o valor de KISCC diminui com o aumento do teor de P. Portanto, o teor de P é até 0,010%, e é preferivelmente minimizado. O teor de P é preferivelmente 0,0085% ou menos. S: 0,005% ou menos
[0034] S deteriora a dureza de baixa temperatura ou ductilidade do material base. Portanto, o teor de S é até 0,005%, e o teor mais baixo é preferível. O teor de S é preferivelmente 0,003% ou menos e, mais preferivelmente, 0,002% ou menos. Nb: 0,005% a 0,025%
[0035] Nb é um elemento importante. Nb precipita na forma de um carbonitreto para refinar a microestrutura do material base, e um zona afetada por calor de solda, e fixa N soluto para aperfeiçoar a dureza. O carbonitreto é efetivo como sites armadilhas para hidrogênio difusível, e tem o efeito de suprimir trinca por corrosão por tensão. De modo a alcançar tais efeitos, o teor deste necessita ser 0,005% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,025%, os carbonitretos grossos precipitam para agirem como a origem de uma fratura em alguns casos. Portanto, o teor é limitado à faixa de 0,005% a 0,025%. Ti: 0,008% a 0,020%
[0036] Ti tem o efeito de suprimir o engrossamento de grãos por formação de um nitreto, ou por formação de um carbonitreto com Nb, e o efeito de suprimir a deterioração de dureza devido a redução de N soluto. Além disso, um carbonitreto produzido deste é efetivo para sites armadilhas para hidrogênio difusível. Ti é um elemento importante que tem o efeito de suprimir trinca por corrosão por tensão. De modo a alcançar tais efeitos, o teor deste necessita ser 0,008% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,020%, os precipitados são engrossados e a dureza do material base é deteriorada. Portanto, o teor é limitado à faixa de 0,008% a 0,020%. Al: 0,1% ou menos
[0037] Al age como um agente de desoxidação, e é mais comu- mente usado em processos de desoxidação para aço fundido para chapa grossas de aço ou chapas de aço. Al tem o efeito de fixar o N soluto no aço para formar AlN para suprimir o engrossamento de grãos, e o efeito de reduzir o N soluto para suprimir a deterioração da dureza. Contudo, quando o teor deste é maior do que 0,1%, um metal de solda é contaminado com este durante soldagem, e a dureza do metal de solda é deteriorada. Portanto, o teor é limitado a 0,1% ou menos. O teor é preferivelmente 0,08% ou menos. N: 0,0010% a 0,0060%
[0038] N, que se combina com Ti e/ou Nb para precipitar na forma de um nitreto ou de um carbonitreto, tem o efeito de suprimir o engrossamento de grãos durante laminação à quente e tratamento de calor. N também tem o efeito de suprimir fragilização por hidrogênio porque o nitreto ou o carbonitreto age como um site de armadilha para hidrogênio difusível. De modo a alcançar tais efeitos, 0,0010% ou mais de N necessita estar contido. Contudo, quando mais do que 0,0060% de N está contido, a quantidade de N soluto é aumentada, e a dureza é significan- temente reduzida. Portanto, o teor de N é limitado a 0,0010% a 0,0060%. Um ou mais de Cr, Mo, W, e B Cr: 0,05% a 1,5%
[0039] Cr é um elemento que é efetivo no aumento da dureza do aço para endurecer o material base. De modo a alcançar tal efeito, 0,05% ou mais de Cr necessita estar contido. Contudo, quando mais do que 1,5% de Cr está contido, a dureza do material base e resistência a trinca por solda são reduzidas. Portanto, o teor é limitado à faixa de 0,05% a 1,5%. Mo: 0,05% a 1,0%
[0040] Mo é um elemento que é efetivo no aumento da dureza para endurecer o material base. De modo a alcançar tal efeito, o teor é preferivelmente 0,05% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 1,0%, a dureza do material base, ductilidade, e resistência a trinca por solda, são adversamente afetadas. Portanto, o teor é 1,0% ou menos. W: 0,05% a 1,0%
[0041] W é um elemento que é efetivo no aumento significante- mente da dureza para endurecer o material base. De modo a alcançar tal efeito, o teor é preferivelmente 0,05% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 1,0%, a dureza do material base, ductilidade, e resistência a trinca por solda, são adversamente afetadas. Portanto, o teor é 1,0% ou menos. B: 0,0003% a 0,0030%
[0042] B é um elemento que é significantemente efetivo no aumento da dureza mesmo com uma leve quantidade de adição para endurecer o material base. De modo a alcançar tal efeito, o teor é preferivelmente 0,0003% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,0030%, a dureza, ductilidade, e resistência a trinca por solda do material base, são adversamente afetados. Portanto, o teor é 0,0030% ou menos. onde cada símbolo de elemento de liga representa o teor (percentagem de massa), e é 0 quando não estando contido.
[0043] De modo a produzir a microestrutura base da martensita re- venida de material base para aumentar a resistência à abrasão, é importante que DI*, que é dado pela equação acima, seja 45 ou mais. Quando DI* é menor do que 45, a profundidade de endurecimento de uma superfície de uma chapa grossa é abaixo de 10 mm, e a vida do aço resistente à abrasão, é curta. Portanto, DI* é 45 ou mais.
[0044] O acima é a composição básica da presente invenção, e o restante é Fe e impurezas inevitáveis. Na presente invenção, no caso de aumento das propriedades de resistência, um ou mais de Cu, Ni, e V podem estar adicionalmente contidos. Cada um de Cu, Ni, e V é um elemento que contribui para aumentar a resistência do aço, e está apropriadamente contido, dependendo da resistência desejada.
[0045] Quando Cu está contido, o teor é 1,5% ou menos. Isto é porque quando o teor é maior do que 1,5%, fragilidade ao quente é causada, e, portanto, a propriedade da superfície da chapa grossa de aço ou chapa de aço é deteriorada.
[0046] Quando Ni está, contudo, o teor é 2,0% ou menos. Isto é porque quando o teor é maior do que 2,0%, um efeito é saturado, que é economicamente desvantajoso. Quando V está contido, o teor é 0,1% ou menos. Isto é porque quando o teor é maior do que 0,1%, a dureza e ductilidade do material base são deterioradas.
[0047] Na presente invenção, no caso de aumento da dureza, um ou mais de um REM, Ca, e Mg pode estar adicionalmente contido. O REM, Ca, e Mg contribuem para aumentar a dureza, e estão seletivamente contidos dependendo das propriedades desejadas.
[0048] Quando o REM está contido, o teor é preferivelmente 0,002% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,008%, um efeito é saturado. Portanto, o limite superior deste é 0,008%. Quando Ca está contido, o teor é preferivelmente 0,0005% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,005%, um efeito é saturado. Portanto, o limite superior deste é 0,005%. Quando Mg está contido, o teor é preferivelmente 0,001% ou mais. Contudo, quando o teor é maior do que 0,005%, um efeito é saturado. Portanto, o limite superior deste é 0,005%.
Condições de produção
[0049] Na descrição, o símbolo "°C" concernente à temperatura representa a temperatura de uma localização correspondente à metade da espessura de uma chapa grossa.
[0050] Uma chapa grossa de aço ou chapa de aço resistente à abrasão,de acordo com a presente invenção, é preferivelmente conforme segue: aço fundido tendo a composição acima é produzido por um processo de produção de aço conhecido, e é, em seguida, formado em um material de aço, tal como uma prancha ou similares, tendo um tamanho predeterminado por fundição contínua ou um método de laminador-des- bastador de fundição de lingote.
[0051] Em seguida, o material de aço obtido é reaquecido a 1.000°C a 1.200°C e é, em seguida, laminado a quente em uma chapa grossa de aço ou chapa de aço com uma espessura desejada. Quando a temperatura de aquecimento é mais baixa do que 1.000°C, a resistência à deformação na laminação a quente é muito alta de modo que a redução por laminação pode não ser bastante; consequentemente, o número de passagens de laminação é aumentado para reduzir a eficiência de lami- nação, e defeitos de fundição no material de aço (prancha) não podem ser observados em alguns casos.
[0052] Contudo, quando a temperatura de aquecimento é mais alta do que 1.200°C, riscos superficiais são prováveis de serem causados por escalas durante aquecimento, e uma operação de reparo após la- minação ser aumentada. Portanto, a temperatura de aquecimento do material do aço varia de 1.000°C a 1.200°C. No caso de realização de laminação direta a quente, a laminação a quente do material do aço é iniciada a 1.000°C a 1.200°C. As condições para laminação a quente não são particularmente limitadas.
[0053] De modo a equalizar a temperatura na chapa grossa de aço ou chapa de aço laminada à quente, e de modo a suprimir as variações características, o tratamento de reaquecimento é realizado após resfriamento de ar subsequente à laminação a quente. A transformação da chapa grossa de aço ou chapa de aço em ferrita, bainita, ou martensita necessita ser acabada antes do tratamento de reaquecimento. Portanto, a chapa grossa de aço ou chapa de aço é resfriada a 300°C ou mais baixa, preferivelmente 200°C ou mais baixa, e, mais preferivelmente, 100°C ou mais baixa, antes do tratamento de reaquecimento. O tratamento de reaquecimento é realizado após resfriamento. Quando a temperatura de aquecimento não é mais alta do que Ac3, a ferrita está pre-sente na microestrutura, e a dureza é reduzida. Contudo, quando a temperatura de aquecimento é mais alta do que 950°C, os grãos são engrossados, e a dureza e resistência a trinca por corrosão por tensão, são reduzidas. Portanto, a temperatura de aquecimento é Ac3 a 950°C. Ac3 (°C) pode ser determinada por, por exemplo, a seguinte equação: onde cada um de C, Si, Mn, Ni, e Cr é o teor (percentagem de massa) de um correspondente um de elementos de liga.
[0054] O tempo de retenção para reaquecimento pode ser curto se a temperatura na chapa grossa de aço ou chapa de aço torna-se uniforme. Contudo, quando o tempo de retenção é longo, os grãos são engrossados, e a dureza e resistência a trinca por corrosão por tensão, são reduzidas. Portanto, o tempo de retenção é preferivelmente 1 hora ou menos. No caso de realização de reaquecimento após laminação a quente, a temperatura de acabamento de laminação à quente não é particularmente limitada.
[0055] Têmpera (RQ) é realizada após reaquecimento. No caso onde as características da chapa grossa de aço ou chapa de aço são equalizadas e a resistência a trinca por corrosão por tensão é aumentada, a têmpera pode ser realizada por reaquecimento a 100°C a 300°C. Quando a temperatura de têmpera é mais alta do que 300°C, a dureza é significantemente reduzida, a resistência à abrasão é reduzida, a ce- mentita produzida é engrossada, e um efeito como um site de armadilha para hidrogênio difusível não é alcançado.
[0056] Contudo, quando a temperatura de têmpera é mais baixa do que 100°C, o efeito acima não é alcançado. O tempo de retenção pode ser curto se a temperatura na chapa grossa de aço ou chapa de aço torna-se uniforme. Contudo, quando o tempo de retenção é longo, a ce- mentita produzida é engrossada e um efeito como um site de armadilha para hidrogênio difusível é reduzido. Portanto, o tempo de retenção é preferivelmente 1 hora ou menos.
[0057] No caso onde tratamento de reaquecimento não é realizado após laminação a quente, a temperatura de acabamento de laminação à quente pode ser Ar3 a 950°C, e têmpera (DQ) pode ser realizada imediatamenteapós acabamento da laminação. Quando a temperatura de têmpera inicial (substancialmente igual à temperatura de acabamento de laminação à quente) é mais baixa do que Ar3, a ferrita está presente na microestrutura, e a dureza é reduzida. Contudo, quando a temperatura de têmpera inicial é 950°C ou mais alta, os grãos são engrossados, e a dureza e resistência a trinca por corrosão por tensão, são reduzidas. Portanto, a temperatura de têmpera inicial é Ar3 a 950°C. O ponto de Ar3 pode ser determinado por, por exemplo, a seguinte equação: onde cada um de C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, e Mo é o teor (percentagem de massa) de um correspondente um de elementos de liga.
[0058] O caso de realização de tratamento de têmpera após têmperaé substancialmente o mesmo como o caso de realização de rea- quecimento após laminação a quente.
Exemplos
[0059] Pranchas de aço foram preparadas por um processo de fundição contínua de refino de conversor-cadinho de modo a ter várias composições mostradas nas Tabelas 1-1 e 1-2, foram aquecidas a 950°C a 1.250°C, e foram, em seguida, laminadas à quente em chapa grossas de aço. Algumas das chapa grossas de aço foram revenidas (DQ) imediatamente após laminação. As outras chapa grossas de aço foram resfriadas com ar após laminação, foram reaquecidas, e foram, em seguida, revenidas (RQ).
[0060] As chapa grossas de aço foram investigadas para microes- trutura, foram medidas para dureza superficial, e foram testadas para dureza e resistência a trinca por corrosão por tensão do material base.
[0061] A investigação da microestrutura foi conforme segue: uma amostra para observação da microestrutura foi tomada de uma seção transversal de cada chapa grossa de aço obtida, a seção transversal sendo paralela a uma direção de laminação foi submetida a tratamento de corrosão inicial (gravura), a seção transversal foi fotografada em uma localização de 1/4 da espessura da chapa grossa usando um microscópioótico com uma ampliação de 500 vezes a energia, e a microestrutura da chapa grossa foi, em seguida, avaliada.
[0062] A avaliação do tamanho de grão médio da martensita reve- nida foi conforme segue: uma seção transversal sendo paralela à direção de laminação de cada chapa grossa de aço foi submetida a gravura por ácido picríco, a seção transversal em uma localização de 1/4 da espessura da chapa grossa foi fotografada em uma ampliação de 500 vezes a energia usando um microscópio ótico, cinco vistas de cada amostra foram analisadas por equipamento de análise de imagem. O tamanho de grão médio da martensita revenida foi determinado em termos do diâmetro de círculo equivalente dos grãos de austenita anteriores assumindo-se que o tamanho dos grãos de martensita revenida é igual ao tamanho dos grãos de austenita anteriores.
[0063] A investigação do número-densidade dos precipitados contendo Nb/Ti em uma microestrutura da martensita revenida foi conforme segue: uma seção transversal sendo paralela à direção de laminação em um 1/4 da espessura de cada chapa grossa de aço foi fotografada em uma ampliação de 50.000 vezes a energia usando um microscópio de elétron de transmissão, e o número dos precipitados contendo Nb/Ti foi contado em dez vistas de cada chapa grossa de aço.
[0064] A dureza superficial foi medida de acordo com JIS Z 2243 (1998) de tal maneira que a dureza superficial sob uma camada de superfície (a dureza de uma superfície sob a camada de superfície; dureza superficial medida após escalas (camada de superfície) foram removidas) foi medida. Para medição, uma esfera rígida de tungstênio de 10 mm foi usada e a carga foi 3.000 kgf.
[0065] Três espécimes de teste de entalhe em V Charpy foram tomados de uma localização correspondente a um quarto da espessura de cada chapa grossa de aço em uma direção perpendicular à direção de laminação de acordo com JIS Z 2202 (1998). Cada chapa grossa de aço foi submetida a um teste de impacto de Charpy de acordo com JIS Z 2242 (1998), e a energia absorvida a -20°C foi determinada três vezes para cada chapa grossa de aço, pelo que a dureza do material base foi avaliada. Aquelas dos quais a média de três energias absorvidas (vE-20) foi 30 J ou mais foram julgadas serem excelentes em dureza de material base (dentro do escopo da presente invenção).
[0066] Um teste de trinca por corrosão por tensão foi realizado de acordo com um método de teste padrão para trinca por corrosão por tensão padronizado pela 129° Comitê (The Japanese Society for Strength and Fracture of Materials, 1985). A Fig. 3 mostra a forma de um espécime de teste. A Fig. 4 mostra a configuração de um testador. As condições de teste foram conforme segue: uma solução de teste contendo 3,5% de NaCl e tendo um pH de 6,7 a 7,0, uma temperatura de teste de 30°C, e um tempo de teste máximo de 500 horas. O fator de intensidade de tensão limite Kiscc) para trinca por corrosão por tensão foi determi nado sob as condições de teste. Os alvos de desempenho da presente invenção foram uma dureza superficial de 400 a 520 HBW 10/3000, uma dureza do material base de 30 J ou mais, e um KISCC de 100 kgf/mm-3/2 ou mais.
[0067] As Tabelas 2-1 a 2-4 mostram as condições para produção das chapa grossas de aço testadas e os resultados do teste acima. Foi confirmado que os exemplos da invenção (Nos 1 e 4 a 12) atingem os alvos de desempenho. Contudo, os exemplos comparativos (Nos 2, 3, e 13 a 28) não podem atingir qualquer um da dureza superficial, da dureza do material base, e da resistência a trinca por corrosão por tensão, ou alguns dos alvos de desempenho.

Claims (4)

1. Chapa grossa de aço resistente à abrasão, caracterizada pelo fato de que apresenta uma composição contendo: 0,20% a 0,27% de C, 0,05% a 1,0% de Si, 0,30% a 0,90% de Mn, 0,010% ou menos de P, 0,005% ou menos de S, 0,005% a 0,025% de Nb, 0,008% a 0,020% de Ti, 0,1% ou menos de Al, 0,0010% a 0,0060% N, e um ou mais de 0,05% a 1,5% de Cr, 0,05% a 1,0% de Mo, 0,05% a 1,0% de W, e 0,0003% a 0,0030% de B, opcionalmente, um ou mais de 1,5% ou menos de Cu, 2,0% ou menos de Ni, e 0,1% ou menos de V, opcionalmente um ou mais de 0,008% ou menos de um elemento terras-raras, 0,005% ou menos de Ca, e 0,005% ou menos de Mg em % em massa, o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis, a chapa grossa de aço resistente à abrasão tendo um índice de dureza DI* de 45 ou mais, conforme representado pela seguinte equação, e uma microestrutura tendo uma fase base ou fase principal que é martensita revenida, e 10% ou menos de martensita não revenida, no qual o carbeto, nitreto, ou carbonitreto que têm um tamanho de grão de 0,01 μm a 0,5 μm, em termos de diâmetro de círculo equivalente, e que contêm um ou ambos de Nb e Ti, estão presentes em 2 x 102grãos/mm2 ou mais, sendo que o tamanho de grão médio de martensita revenida é 15 μm ou menos, em termos de diâmetro de círculo equivalente: onde cada símbolo de elemento de liga representa o teor (percentagem de massa), e é 0 quando não estando contidos.
2. Chapa grossa de aço resistente à abrasão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dureza superficial é 400 a 520 HBW 10/3000, em termos de dureza Brinell.
3. Método para produção de uma chapa grossa de aço resistente à abrasão, o método caracterizado pelo fato de que compreende aquecimento de um produto semiacabado tendo a composição de aço especificada como definida na reivindicação 1, a 1.000°C a 1.200°C, realização de laminação a quente, realização de resfriamento de ar a 300°C ou menos, realização de reaquecimento a Ac3 a 950°C, e, em seguida, realização de têmpera.
4. Método para produção de uma chapa grossa de aço resistente à abrasão, , o método caracterizado pelo fato de que compreende aquecimento de um produto semiacabado tendo a composição de aço especificada como definido na reivindicação 1, a 1.000°C a 1.200°C, realização de laminação a quente a uma temperatura de 850°C ou mais alta, e realização de têmpera a uma temperatura de Ar3 a 950°C imediatamente após acabamento da laminação a quente.
BR112013025002-0A 2011-03-29 2012-03-28 Chapa grossa de aço resistente à abrasão e método para produção da mesma BR112013025002B1 (pt)

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