BR112014000376B1

BR112014000376B1 - Chapa de aço resistente ao desgaste e seu método de produção

Info

Publication number: BR112014000376B1
Application number: BR112014000376-9A
Authority: BR
Inventors: Aiwen Zhang; Guodong Wang; Sihai Jiao
Original assignee: Baoshan Iron & Steel Co., Ltd.
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2019-07-02
Also published as: WO2013075473A1; BR112014000376A2; CN102560272A; JP2014520954A; CA2837130A1; EP2784170A4; CN102560272B; EP2784170A1; US20140124102A1; RU2014110120A; KR20140020351A; EP2784170B1; CA2837130C; RU2593566C2; JP5833751B2; US9695487B2

Abstract

resumo patente de invenção: "chapa de aço de resistência ultra-alta, resistente ao desgaste, e método de produção da mesma". a presente invenção refere-se a uma chapa de aço de alta resistência resistente ao desgaste com dureza brinell de = hb420, compreendendo os seguintes componentes químicos (em % em peso), c: 0,205 - 0,25%, si: 0,20 - 1,00%, mn: 1,0 - 1,5%, p = 0,015%, s = 0,010%, al: 0,02 - 0,04%, ti: 0,01 - 0,03%, n = 0,006%, ca = 0,005%,e mais de um elemento entre cr = 0,70%, ni = 0,50%, mo = 0,30%, outros componentes sendo ferro e as inevitáveis impurezas. o método de produção da chapa de aço resistente ao desgaste compreende aquecer a placa de lingotamento contínuo ou lingote até uma temperatura de 1150 - 1250°c, e então laminá-la na zona de recristalização da austenita, com a razão de redução total sendo não menos que 70% e a temperatura de término da laminação sendo não menos que 860°c; resfriar na água rapidamente a chapa de aço a uma velocidade de vmin ~ 50°c/s até a faixa de temperaturas ms - 145 ~ ms - 185°c, então resfriá-la a ar até a temperatura ambiente. a chapa de aço acabada com uma espessura de 6 - 25 mm tem uma estrutura de martensita e austenita residual (5 - 10%), uma dureza de = hb420, um limite de elasticidade de = 1000 mpa, um alongamento de = 18%, akv a -40°c de = 27 j e boa propriedade de dobramento a frio, especialmente tem um efeito trip notável no uso, melhorando substancialmente sua resistência ao desgaste, alcançando assim a alta demanda para chapas de aço resistentes ao desgaste nas indústrias relativas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CHAPA DE AÇO RESISTENTE AO DESGASTE E SEU MÉTODO DE PRODUÇÃO.

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço de alta resistência, em particular a uma chapa de aço de alta resistência, resistente ao desgaste, com dureza Brinell de > HB420 e a um método de produção da mesma.

Antecedentes da Invenção [002] O desgaste é uma das principais formas de danificar o material, o que pode provocar perdas econômicas surpreendentemente grandes. Um grande número de equipamentos usados nas indústrias, tais como mina metalúrgica, maquinário agrícola e indústria carbonífera, falha principalmente por causa do desgaste do material. De acordo com a estatística, nos países industrializados, perdas econômicas provocadas pelo desgaste de equipamentos mecânicos e os componentes respondem por 4% da produção nacional bruta, em que o desgaste abrasivo responde por 50% do desgaste metálico total. Na China, o aço consumido por desgaste de material por ano é de até mais de um milhão de toneladas, em que 60 - 80 toneladas de chapas de aço são consumidas por ano apenas em ranhuras intermediárias em de transporte de chapas arranhadas na mineração de carvão.

[003] Como um tipo importante de aço, o aço de alta resistência e baixa liga resistente ao desgaste, é amplamente aplicado aos campos como maquinário de mineração, maquinário industrial, maquinário agrícola, e transporte ferroviário. Com o rápido desenvolvimento da indústria chinesa, vários equipamentos mecânicos se tornaram mais complicados, maiores e mais leves, o que requer esse tipo de aço usado para produzir esses equipamentos, não apenas para ter maiores dureza e resistência, mas também boa tenacidade e performance

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2/19 de conformação. Nas últimas décadas, a pesquisa e a aplicação de aços de alta resistência e resistentes ao desgaste se desenvolveu muito rapidamente. Esse tipo de aço é desenvolvido na base de aço soldável de alta resistência e baixa liga, com boa resistência ao desgaste e sua vida útil sendo muitas vezes mais longa que a da chapa de aço de estrutura tradicional; o seu processo de produção é simples, que normalmente inclui resfriamento rápido e têmpera, diretamente após a laminação, ou laminação controlada e resfriamento controlado para reforçar.

[004] Agora, no campo de alta resistência e resistente ao desgaste, houve muitas patentes relativas e pedidos de patente na China e em outros países. Com relação ao aço de alta resistência, de baixo carbono (0,205 - 0,25%) resistente ao desgaste, é necessário adicionar Nb, V ou B nas patentes JP1255622A, JP2002020837A, CN101469390, CN101186960A e CN101775545A, e muitos elementos de ligação caros nas patentes JP2002020837A, JP2002194499A, CN1208776A, CN101469390A, CN101186960A e

CN101775545A.Quanto aos processos, em muitas dessas patentes, é adotado o resfriamento rápido (DQ ou aquecimento fora da linha e resfriamento rápido) + têmpera fora da linha, com o que o valor de impacto a baixa temperatura a -40°C da chapa de aço acabada não é alto, isto é, principalmente entre 17 - 50 J, que não pode alcançar a demanda dos usuários.

[005] Uma chapa de aço Hardox400 resistente ao desgaste (4 32 mm) (C < 0,18, Si < 0,70, Mn < 1,6, P < 0,025, S < 0,010, Ni < 0,25, Cr < 1,0, Mo < 0,25, B < 0,004) produzido pela Sweden SSAB,contém baixo teor de elementos de ligação caros, com uma dureza de entre HBW370 - 430, e boa resistência ao desgaste. A chapa de aço de 20 mm de espessura em tipicamente um limite de escoamento de 1000 MPa, A50 de 16%, e Akv longitudinal a -40 °C de 45J. Embora sua duPetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 8/34

3/19 reza, resistência e resistência ao desgaste sejam altas, tanto seus valores de padrão e de impacto físico não são altos e não tem o efeito TRIP (autoendurecimento) no uso.

[006] Atualmente, é necessário fornecer uma chapa de aço médio com alta resistência e resistente ao desgaste com efeito TRIP. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [007] O objetivo da presente invenção é fornecer uma chapa de aço médio de alta resistência e resistente ao desgaste com dureza Brinell de > HB420, particularmente fornecer tal chapa tendo uma espessura de 6 - 25 mm.

[008] Para alcançar o objetivo mencionado anteriormente, a chapa de aço médio da presente invenção contém os seguintes componentes químicos, em % e peso, C: 0.205 - 0,25%, Si: 0,20 - 1,00%, Mn: 1,0 - 1,5%, P < 0,015%, S < 0,010%, Al: 0,02 - 0,04%, Ti: 0,01 0,03%, N < 0,006%, Ca < 0,005% , e mais de um elemento entre Cr <

0,70%, Ni < 0,50%, Mo < 0,30%, o saldo sendo ferro e as inevitáveis impurezas.

[009] A estrutura da chapa de aço consiste em martensita e austenita residual, em que a austenita residual responde por 5 - 10%. [0010] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para produção da chapa de aço de alta resistência resistente ao desgaste com dureza Brinell de > HB420, que é compreendido de:

(1) após o tratamento de desgaseificação a vácuo, é executado o lingotamento contínuo ou lingotamento convencional do aço fundido, e se o aço fundido for lingotado convencionalmente, laminá-la em um lingote;

(2) aquecer a placa de lingotamento contínua ou o lingote a uma temperatura de 1150 - 1250 °C, então laminá-la em um passe ou em múltiplos passes na zona de recristalização da austenita, com a razão de redução total sendo não menos que 70% e a temperatura de

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4/19 término da laminação sendo não menos que 860 °C;

(3) resfriar a água rapidamente a chapa de aço laminada a uma velocidade de Vmin ~ 50°C/s até a faixa de temperatura Ms - 145 ~ Ms - 185°C, então resfriá-la a ar até a temperatura ambiente, em que o índice de endurecimento P é calculado conforme a expressão (i) [0011] P=2,7C+0,4Si+Mn+0,45Ni+0,8Cr+0,45Cu+2Mo, a velocidade de resfriamento crítica Vmin para obter martensita é calculado de acordo com a expressão (ii) lgVmin=2,94-0,75P, e a temperatura de início da conformação da martensita Ms é calculada de acordo com a expressão (iii) Ms= 561-474C-33Mn-17Cr-17Ni-21Mo.

[0012] O inventor descobriu que, na estrutura de chapa de aço resistente ao desgaste, quando o teor de austenita residual responde por um certo valor (por exemplo, > 5%), a capa de aço pode apresentar um efeito TRIP aparente, que pode melhorar substancialmente a dureza e a resistência ao desgaste da superfície. TRIP é a abreviação para TRansformation Induced by Plasticity (Transformação induzida por plasticidade) e o efeito TRIP significa que quando a chapa de aço é perfurada ou submetida a uma carga de impacto, a austenita residual ali pode mudar de fase para martensita, fazendo a parte deformada endurecer rapidamente de modo a resistir a outra deformação, e simultaneamente transferindo a parte deformada para a posição adjacente, obtendo assim um alongamento muito alto, isto é, plasticidade. Quanto à chapa de aço resistente ao desgaste, quando ela é impactada ou deformada através de fricção por outros materiais, a austenita residual na parte deformada é convertida em martensita, com consumo da energia trazida pelo impacto do material ou pela deformação por fricção, o que reduz a perda por abrasão e melhora a sua resistência ao desgaste. As estruturas das chapas resistentes ao desgaste convencionais são principalmente martensita ou bainita e poucas austenitas residuais e, devido a isso, a quantidade de austenita residual é pequePetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 10/34

5/19 na. O efeito TRIP pode não ocorrer, por exemplo, na chapa de aço resistente ao desgaste Hardox400 produzida por Sweden SSAB.

[0013] A presente Invenção adora um teor de carbono adequado, elementos de ligação de baixo custo Si e Mn, e poucos elementos de ligação caros, Cr, Ni e Mo, sem Cu, Nb, V, B, etc., o que reduz o custo de ligação da chapa de aço, isto é, tendo vantagens notáveis em relação ao custo da ligação. Quanto à laminação, é desnecessária a laminação controlada na zona de não recristalização, reduzindo as cargas dos laminadores, e é apenas necessário resfriar a água rapidamente a chapa de aço laminada a uma velocidade de Vmin ~ 50°C/s até a faixa de temperaturas Ms -145 ~ Ms - 185°C, e então resfriá-la a ar até a temperatura ambiente. A estrutura da chapa de aço com uma espessura de 6 - 25 mm é martensita e austenita residual (5-10%), que tem uma dureza de > HB420, um limite de escoamento de > 1000 MPa, um alongamento de > 18%, Akv a -40 °C de > 27 J e boa propriedade de dobramento a frio e, especialmente, tem um efeito TRIP notável no uso, melhorando substancialmente a dureza de superfície e a resistência ao desgaste, atingindo assim a alta demanda por chapas de aço resistentes ao desgaste nas indústrias relativas.

Breve Descrição dos Desenhos [0014] A Fig.1 é a vista esquemática do fluxo de processo da martensita acabada e da austenita residual obtida pelo resfriamento rápido na linha e resfriamento a ar conforme a presente invenção, em que Temp indica temperatura; T.A indica temperatura ambiente; Bs indica a temperatura de início da conversão de bainita; Bf indica a temperatura de término da conversão de bainita; Ms indica a temperatura de conversão da martensita; e B-UTC indica resfriamento ultrarrápido.

[0015] A Fig.2 é uma foto de uma estrutura metalográfica típica da chapa de aço de resistência ultra-alta com uma espessura de 15 mm da modalidade 3 conforme a presente invenção.

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6/19 [0016] A Fig.3 é uma vista esquemática de comparação na tendência de mudança de dureza entre a presente Invenção e o aço convencional quando entregues e usados.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0017] Doravante a presente invenção será descrita em detalhes em relação às modalidades.

[0018] Na presente Invenção, a menos que especificado de forma diferente, o teor aqui indica sempre percentual em peso.

[0019] Para alcançar o objetivo de fornecer uma chapa de aço médio de alta resistência e resistente ao desgaste com dureza Brinell de > HB420, particularmente para fornecer uma chapa de aço médio tendo uma espessura de 6 - 25 mm, a presente invenção escolhe os componentes básicos e controla os teores dos mesmos como segue, e as razões também são descritas.

[0020] Carbono: o carbono é o elemento chave para garantir a resistência da chapa de aço. Para obter chapas de aço constituídas principalmente de martensita e austenita residual, o carbono é o elemento mais importante, que pode melhorar significativamente a capacidade de endurecimento das chapas de aço. Devido à alta solubilidade do carbono na austenita, ele pode manter a alta estabilidade da austenita, e diminuir o ponto Ms do aço, o que é bom para obter uma certa quantidade de austenitas residuais. Simultaneamente, o aumento do teor de carbono pode fazer a resistência e a dureza melhorarem e a plasticidade declinar, então se a chapa de aço precisa de alta resistência e tenacidade e austenita residual de 5 - 10%, p teor de carbono não deve ser muito baixo. Considerando-se os fatores acima de forma abrangente, para uma dureza de HB420 na presente invenção, um teor de carbono de 0,205 - 0,25% é adequado. Preferivelmente, o teor de carbono é 0,205 - 0,245%.

[0021] Silício: a adição de silício no aço pode melhorar a pureza e

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7/19 a desoxigenação do aço. O silício no aço contribui para o reforço da solução sólida, e devido à alta solubilidade do silício na austenita, com aumento do silício é bom para promover a resistência e a dureza do aço e melhorar a estabilidade da austenita especialmente quando a chapa de aço, após ser resfriada rapidamente diretamente na linha e ser reaquecida na linha até a faixa de temperaturas da bainita, é temperada, ele pode fazer os carbonetos na martensita se precipitarem e o carbono dispersar na austenita residual, de forma que o teor de carbono na austenita residual aumenta, e a austenita seja estabilizada sem conversão até a temperatura ambiente e que a chapa de aço à temperatura ambiente obtenha estrutura composta de martensita temperada e austenita residual, que no uso tem o efeito TRIP, melhorando assim a resistência ao desgaste. Mas o silício em excesso pode fazer a tenacidade do aço declinar, e quando a chapa de aço com excesso de silício é aquecida, a sua película de óxido pode se tornar altamente viscose, e é difícil retirar a carepa após a chapa de aço sair do forno, resultando assim em uma porção de películas de óxido vermelho na chapa de aço laminada, isto é, a qualidade de superfície é ruim; além disso, o silício excessivo pode também ser prejudicial à capacidade de soldagem da chapa de aço. Em consideração a todos os fatores acima, o teor de silício na presente invenção é 0,20 - 1,00%. Preferivelmente, o teor de silício é 0,20 - 0,99%.

[0022] Manganês: o manganês é usado para estabilizar as estruturas austenita, e essa capacidade só perde para o elemento de ligação níquel. É um elemento barato para estabilizar estruturas austenita e reforçar a ligação. Ao mesmo tempo, o manganês pode melhorar a capacidade de endurecimento do aço, e diminuir a taxa de resfriamento crítico de formação da martensita. Entretanto, o manganês tem uma alta tendência de segregação, então seu teor não deve ser muito alto, geralmente não mais que 2,0% em aço microligado de baixo carbono.

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A quantidade de manganês adicionada na presente Invenção deve ser controlada dentro de 1,0 - 1,5%. Além, disso, o manganês juntamente com o alumínio no aço contribui para a desoxigenação. Preferivelmente, o teor de manganês é 1,11 - 1,45%.

[0023] Enxofre e Fósforo: no aço, enxofre, manganês e similares são compostos em uma inclusão plástica, sulfeto de manganês, que é especialmente prejudicial para a ductilidade transversal e para sua tenacidade, então deve ser tão baixo quanto possível. O elemento fósforo no aço é também um dos elementos prejudiciais, que prejudica seriamente a ductilidade e a tenacidade das chapas de aço. Na presente invenção, tanto o enxofre quanto o fósforo são elementos impurezas inevitáveis que devem ser tão pouco quanto possível. Em vista das atuais condições de produção do aço, a presente invenção requer que P seja < 0,015%, S seja < 0,010%. Preferivelmente, o teor de P é < 0,009%, e o teor de S é < 0,004%.

[0024] Alumínio: na presente invenção, o alumínio age como um forte elemento de desoxidação. Para garantir o teor de oxigênio tão baixo quanto possível, o teor de alumínio deve ser controlado para estar entre 0,02 - 0,04%. Após a desoxidação, o alumínio restante é combinado com nitrogênio no aço para formar precipitação de AlN que pode melhorar a resistência e, durante o tratamento térmico, refinar os grãos de austenita. Preferivelmente, o teor de alumínio 0,021 0,039%.

[0025] Titânio: o titânio é um forte elemento formador de carbonetos. A adição de Ti no aço é boa para estabilizar o N, e o TiN formado pode também formar os grãos austeníticos do lingote, quando sendo aquecida, não embrutecendo muito, refinando assim os grãos austeníticos originais. No aço, o titânio pode ser composto com carbono e enxofre respectivamente para formar TiC, TiS, TÍ4C2S2, e similares, que existem na forma CE inclusões e partículas de segundas fases. AtualPetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 14/34

9/19 mente, o tratamento com vestígios de titânio tem sido um processo convencional para a maioria dos aços de alta resistência e baixo carbono. Na presente invenção, o teor de titânio é controlado para estar entre 0,01 - 0,03%. Preferivelmente, o teor de titânio é 0,013 0,022%.

[0026] Cromo: o cromo promove a capacidade de endurecimento e a resistência à têmpera do aço. O cromo apresenta boa solubilidade na austenita e pode estabilizar a austenita. Após o resfriamento rápido, a maioria dele se dissolve na martensita e subsequentemente, no processo de têmpera, precipita carbonetos, tais como Cr23C7, Cr?C3, o que melhora a resistência e a dureza do aço. Para manter o nível de resistência do aço, o cromo pode substituir parcialmente o manganês e enfraquecer sua tendência à segregação. Consequentemente, na presente invenção, não mais que 0,70% de cromo podem ser adicionados. Preferivelmente, o teor de cromo é 0,35 - 0,65%.

[0027] Níquel: o níquel é o elemento usado para estabilizar a austenita sem efeito notável na melhoria da resistência. A adição de níquel ao aço, particularmente no aço resfriado rapidamente e temperado, pode promover substancialmente a tenacidade, particularmente a sua tenacidade a baixa temperatura, mas é um elemento de ligação caro, portanto a presente invenção pode adicionar não m ais que 0,50% de níquel. Preferivelmente, o teor de níquel é 0,16 - 0,40%.

[0028] Molibdênio: o molibdênio pode refinar grãos significativamente, e melhorar a resistência e a tenacidade do aço. Ele reduz a fragilização na têmpera do aço enquanto precipita carbonetos muito finos durante a têmpera, o que pode reforçar notavelmente a sua matriz. Como o molibdênio é um tipo de elemento de ligação estratégico que é muito caro, na presente invenção não mais que 0,30% de molibdênio são adicionados. Preferivelmente o teor de molibdênio é 0,18 0,24%.

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10/19 [0029] Cálcio: a adição de cálcio no aço é, principalmente, para mudar a forma dos sulfetos, melhorando assim a performance transversal do aço. Para aço com teor muito baixo de enxofre, o tratamento com cálcio pode não ser necessário. O teor de cálcio é menor que ou igual a 0,005%. Preferivelmente, o teor de cálcio é 0,001 - 0,003%. [0030] Nitrogênio: a presente invenção não contém os elementos microligados Nb e V, e as formas de reforço são reforço da mudança de fase e reforço por precipitação de carboneto temperado. Um teor de nitrogênio menor que ou igual a 60ppm pode estabilizar 0,01 - 0,03% de titânio e formar TiN, o que pode garantir que quando se aquece a matriz, os grãos de austenita ali não embrutecem muito. Na presente invenção, o teor de nitrogênio é < 0,006%. Preferivelmente, o teor de nitrogênio é 0,0033 - 0,004%.

[0031] Na presente invenção, a adição de elementos como carbono, níquel que podem melhorar a estabilidade da austenita, pode aumentar o teor de austenita residual no aço resfriado, o que é bom para o aço obter o efeito TRIP. Além disso, o processo de controle da temperatura do resfriamento final e sem têmpera pode também aumentar o teor de austenita residual.

[0032] Os processos a seguir têm efeitos nos produtos da presente invenção:

aplicação do processo de Bessemer e tratamento a vácuo. Seu objetivo é garantir que o aço fundido contenha componentes básicos, para remover gases nocivos tais como oxigênio, hidrogênio, para adicionar elementos de ligação necessários tais como manganês, titânio, e ajustá-los.

[0033] Lingotamento contínuo ou lingotamento convencional: seu objetivo é garantir que a matriz tenha componentes internos homogêneos e boa qualidade de superfície, em que lingotes estáticos formados por lingotamento convencional precisam ser laminados em lingoPetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 16/34

11/19 tes;

aquecimento e laminação: aquecer a placa de lingotamento contínuo ou o lingote a uma temperatura de 1150 - 1250°C para, por um lado, obter a estrutura austenita uniforme e, por outro lado, dissolver parcialmente os compostos dos elementos de ligação como titânio, cromo. Laminá-la em um passe ou em mais de três passes na faixa de temperaturas da recristalização da austenita na chapa de aço, com a razão de redução total sendo não menos que 70%, e a temperatura de término da laminação sendo não menos que 860 °C (preferivelmente, 860 - 890 °C);

resfriamento rápido: de acordo com a expressão (i), calcular o índice de endurecimento P e de acordo com a expressão (ii), calcular a velocidade de resfriamento crítica Vmin para obter martensita e então, de acordo com a expressão (iii), calcular a temperatura de início da formação de martensita Ms. Resfriar a água rapidamente a chapa de aço laminada a uma velocidade de Vmin ~ 50 °C/s (preferivelmente 16 - 50 °C/s) até a faixa de temperaturas de Ms-145 ~ Ms-185 °C, então resfriá-la a ar até a temperatura ambiente. Durante o resfriamento rápido, a maioria dos elementos de ligação é dissolvida na martensita, e devido ao controle da temperatura de resfriamento final, a estrutura mantém uma certa quantidade de austenita residual,por exemplo, 5 - 10%. A austenita residual garante a chapa de aço em uso para obter o efeito TRIP.

[0034] Na presente invenção, usando-se o design de componentes adequado, laminação controlada, resfriamento rápido, processo de controle da temperatura do resfriamento final, a chapa de aço tem grãos finos,. Mudança de fase e reforço da precipitação. A Fig.1 é uma vista esquemática do processo de controle da estrutura da chapa de aço. A estrutura acabada da chapa de aço apresenta martensita e austenita residual, por exemplo, a Fig. 2 mostra uma estrutura típica da

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12/19 chapa de aço de 15 mm de espessura. A chapa de aço acabada com uma espessura de 6 - 25 mm tem uma dureza de > HB420, um limite de escoamento de > 1000 MPa, um alongamento de > 18%, Akv a 40°C de > 27 J e uma boa propriedade de dobramento a frio, especialmente tem um efeito TRIP notável no uso, melhorando substancialmente sua resistência de superfície, dureza e resistência ao desgaste, atingindo assim a alta demanda por chapas de aço resistentes ao desgaste nas indústrias relativas. A Fig.3 é uma vista esquemática do efeito de endurecimento da superfície da chapa de aço no uso.

[0035] A chapa de aço médio de alta resistência e resistente ao desgaste, feita usando-se o design de componentes mencionado anteriormente e o método de controle do processo, é empregado para produzir membros em várias indústrias. Devido a isso a chapa de aço tem um efeito TRIP notável, ela apresenta baixa dureza quando entregue, o que é conveniente para os usuários usinarem até a forma final, e quando em uso, sua dureza pode ser substancialmente melhorada, com sua resistência ao desgaste melhorando grandemente.

Modalidades [0036] Doravante, a presente invenção será descrita em detalhes em relação às modalidades. Essas modalidades são apenas os modos ótimos da presente invenção, mas não limitam o seu escopo. A Tabela 1 mostra os componentes químicos, carbonos equivalentes, e taxa de resfriamento mínima das chapas de aço das modalidades, a Tabela 2 mostra os parâmetros de processo dos mesmos, e a Tabela 43 mostra as propriedades da chapa de aço acabada obtida pelas modalidades.

Modalidade 1 [0037] O aço fundido de acordo com a razão de compatibilidade da Tabela 1, após a desgaseificação a vácuo, é lingotada continuamente ou convencionalmente, obtendo-se uma placa com 80 mm de espessura. A placa é aquecida até 1200 °C, e laminada em múltiplos

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13/19 passes na faixa de temperaturas de recristalização da austenita em uma chapa de aço com uma espessura de 5 mm, onde a taxa de redução total é 94%, a temperatura de término da laminação é 890 °C; então, ela é resfriada até 250 °C a uma velocidade de 50 °C/s, após o que a chapa de aço é resfriada a ar até a temperatura ambiente.

[0038] Os fluxos de processo das modalidades 2 - 6 são similares àqueles da modalidade 1, e os componentes detalhados e parâmetros de processamento dos mesmos estão mostrados na Tabela 1 e na Tabela 2. As propriedades da chapa de aço nas modalidades estão mostradas na Tabela 3.

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Tabela 1 - Componentes Químicos, Ceq (% em peso) e Taca de Resfriamento Crítica Vmin (°C/s) para Obter Martensita nas Modalidades 1 - 6 da Presente Invenção

Moda- lidades	C	Si	Mn	P	S	AAl	Ni	Cr	Mo	Ti	Ca	N	Ceq*	Vmin
1	0,205	0,35	1,35	0,007	0,003	0,025	0,20	0,45	0,18	0,015		0,0038	0,57	6
2	0,214	0,45	1,45	0,008	0,003	0,021	0,16	0,35	0,22	0,022		0,004	0,58	5
3	0,228	0,20	1,11	0,007	0,003	0,039	0,23	0,55	0,21	0,015		0,0035	0,58	7
4	0,20	0,99	1,38	0,007	0,003	0,026	0,20	0,47	0,20	0,018		0,0036	0,58	5
5	0,232	0,25	1,20	0,008	0,003	0,036	0,38	0,60	0,19	0,014	0,002	0,0033	0,62	5
6	0,245	0,30	1,19	0,008	0,003	0,029	0,40	0,65	0,24	0,013	0,002	0,0039	0,64	3

*Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/14

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Tabela 2 - Parâmetros de Processo Relativos ao Aquecimento, Laminação e Resfriamento e Espessura da Chapa de Aço nas Modalidades 1 - 6 da Presente Invenção

Modali- dades	Temperatura de aqueci- mento /°C	Temperatura de término da lami- nação /°C	Taxa de redução /%	Velocidade de resfria- mento /°C/s	Temperatura final do resfriamento /°C	Espessura da chapa /mm
1	1150	890	94	50	250	6
2	1150	870	88	36	255	10
3	1250	860	80	25	280	15
4	1150	860	80	22	270	15
5	1200	860	75	22	255	20
6	1150	860	70	18	235	25

Teste 1: Propriedades Mecânicas da Chapa de Aço [0039] De acordo com a GB/T228-2002 Metallic materiais—o teste de tração à temperatura ambiente e GB 2106-1980 Metallic materials—teste de impacto Charpy com entalhe em V, as propriedades mecânicas, isto é, o limite de escoamento, a resistência à tração, o alongamento, e a tenacidade de impacto a -40°C, etc., são medidas, com o resultado mostrado na Tabela 3.

Teste 2: Dureza [0040] De acordo com o teste GB/T 231.1-2009, a dureza Brinell das modalidades 1 - 6 na presente invenção é medida, com o resultado mostrado na Tabela 3.

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Tabela 3 - Propriedades Mecânicas das Chapas de Aço da

Presente Invenção

Mo- dali- da- des	Du- reza /HB	rendi- mento de re- sistên- cia /MPa	Resis- tência à tração /MPa	Alon- ga- mento A50 /%	Tenacidade de impacto a -40° C Akv /J	Dobra- mento transversal a frio d=2a,180⁰	Es- trutu- ras
1	420	1035	1345	19,3	31	PASSE	M+Ar
2	425	1045	1360	19	42	PASSE	M+Ar
3	430	1055	1385	20	55	PASSE	M+Ar
4	440	1065	1410	20	63	PASSE	M+Ar
5	455	1110	1455	19	58	PASSE	M+Ar
6	460	1150	1480	18,5	61	PASSE	M+Ar

M: martensita

Ar: austenita residual, de 5 - 10% Teste 3:

[0041] As estruturas metalográficas de aço das Modalidades na presente invenção são medidas por microscópio óptico, com o resultado mostrado na Tabela 3. As estruturas metalográficas da chapa de aço de todas as modalidades são martensita e 5 - 10% austenita residual.

[0042] A Fig.2 é uma foto de uma estrutura metalográfica típica da chapa de aço de resistência ultra-alta com uma espessura de 15 mm da modalidade 3 na presente invenção. Estruturas metalográficas similares àquela da Fig. 2 podem ser obtidas de outras modalidades.

Teste 4: Propriedades de Dobramento a Frio Transversal [0043] De acordo com a GB/T 232-2010 Materiais metálicos teste de envergadura, as chapas de aço nas modalidades 1 - 6 dobradas

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17/19 transversalmente a frio para d=2a, 180°, com o resultado mostrado na Tabela 3.

Teste 5: Teste de Performance de Soldagem [0044] De acordo com a GB4675.1-84 Teste de rachadura de solda em Y inclinado (Inclined Y-notch welding crack test), a performance de soldagem da modalidade 6 na presente invenção é estimado, com o resultado mostrado na Tabela 4. Pode ser visto da Tabela 4 que a chapa de aço da modalidade 6 não fratura após ser soldada sob as condições de temperatura de preaquecimento de 75°C, o que indica que a chapa de aço da presente invenção é de excelente performance de soldagem.

Tabela 4 - Resultado do Teste de Pequeno Esmerilhamento do Aço da Modalidade 6 da Presente Invenção

N°	T axa de fratura da superfície /%	T axa de fratura da raiz /%	T axa de fratura da seção /%	Temperatura de preaquecimento	Tempe- ratura ambien- te	Umidade relativa
1	0	0	0
2	0	0	0
3	0	0	0	75°C	30°C	60%
4	0	0	0
5	0	0	0
[0045]	Em outras modalidades, os mesmos resultados podem ser

obtidos, isto é, a taxa de fratura da superfície (%), e a taxa de fratura da seção (%) são todas 0.

Teste 6: Teste de Resistência ao Desgaste [0046] O teste de resistência ao desgaste é conduzido em uma máquina de teste de abrasão de grão MG2000. Uma amostra cilíndrica com um diâmetro de 5,0 mm e comprimento de 20 mm é colocada em um disco de fricção e gira circularmente. No disco de fricção, é preso um papel abrasivo #10, e um pino sob uma pressão de carga de 30 N é testado para consumo de fricção. A amostra tem uma velocidade rePetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 23/34

18/19 lativa de 0,8 m/s, uma distância de fricção de 200 mm, uma temperatura de teste de T = 25°C. Uma balança analítica fotoelétrica TG328A é empregada para pesagem, e a perda no peso do pino antes e depois dôo teste indica a perda por desgaste.

[0047] São conduzidos testes comparativos na resistência ao desgaste entre a modalidade 2 da presente invenção e o aço resistente ao desgaste HARDOX400 produzido por Sweden SSAB. Devido a que há uma diferença na dureza entre a modalidade 2 e o material comparativo, levando-se a modalidade 2 como referência, a dureza e a perda por desgaste da chapa de aço resistente ao desgaste HARDOX400 (com dureza de HB405) é convertida, e indicada como perda absoluta por desgaste, diferença de dureza e diferença de perda por desgaste, que estão mostradas na Tabela 5. É sabido da Tabela 5 que comparado ao produzido pela Sweden SSAB, a chapa de aço de resistência ultra-alta resistente ao desgaste da presente invenção tem uma grande extensão de melhoria (cerca de 30%) na resistência ao desgaste,

Tabela 5 - Resultados Comparativos na Resistência ao

Desgaste entre a Modalidade 2 e o Aço Resistente ao Desgaste HARDOX400

Grau do Aço (dureza)	Temperatura de teste	Condições do teste de desgaste	Perda por desgaste ( mg )	Diferença de dureza %	Diferença de perda por desgaste /%
Modalidade 2 ( HB425 )	Temperatura ambiente	Papel abrasivo 100#, carga de 30N, velocidade de rotação 0,8m/s, distância de fricção 200 m	24	0	0
HAR- DOX400 ( H B405 )	25°C	34	-5	+42

[0048] Em outras modalidades, a resistência ao desgaste da chapa de aço adquirida é também melhor que a da chapa de aço HARPetição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 24/34

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DOX400 (sua dureza é HB400) produzida por Sweden SSAB.

[0049] Pode ser visto das modalidades acima, pelo uso de design de componentes mencionado anteriormente e parâmetros de processo adequados, a chapa de aço temperado com uma espessura de 6 - 25 mm tem uma dureza de > HB420, um limite de escoamento de > 1000 MPa, um alongamento de A50 > 18%, Akv a -40°C de > 27 J e boa propriedade de dobramento a frio, e as suas estruturas apresentam martensita e austenita residual (5 - 10%). Ela é de boa performance de soldagem e resistência ao desgaste que, comparadas àquelas da chapa de aço resistente ao desgaste HB400 importada, melhora em cerca de 30%. Especialmente, a chapa de aço apresenta baixa dureza quando entregue, o que é conveniente para os usuários usinarem até a forma desejada, e quando no uso, devido ao fato de que a chapa de aço tem um efeito TRIP notável, sua resistência da superfície, sua dureza e sua resistência ao desgaste podem ser substancialmente melhoradas, alcançando assim a alta demanda para a chapa de aço resistente ao desgaste nas indústrias relativas.

Claims

reivindicações

1. Chapa de aço resistente ao desgaste, caracterizada pelo fato de que consistem nas composições químicas a seguir, em peso:

C: de 0,20 a 0,25%,

Si: de 0,20 a 1,00%,

Mn: de 1,0 a 1,5%,

P < 0,015%,

S < 0,010%,

Al: de 0,02 a 0,04%,

Ti: de 0,01 a 0,03%,

N < 0,006%,

Ca < 0,005%, mais de um entre Cr < 0,70%,

Ni < 0,50%, e

Mo < 0,30%, e o balanço sendo ferro e as impurezas inevitáveis, sendo que as estruturas da chapa de aço resistente ao desgaste são martensita temperada e 5 a 10% de austenitas residuais.
2. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o carbono equivalente é 0,57 a 0,64.
3. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que C é 0,205 a 0,245% em peso.
4. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que Si é 0,20 a 0,99% em peso.
5. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que Mn é 1,11 a 1,45% em peso.

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6. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que P é < 0,009% em peso.
7. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que S é < 0,004% em peso.
8. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que Al é 0,021 a 0,039% em peso.
9. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que Ti é 0,013 a 0,022% em peso.
10. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que N é 0,0033 a 0,004% em peso.
11. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que Ca is 0,001 a 0,003% em peso.
12. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que Cr é 0,35 a 0,65% em peso.
13. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que Ni é 0,16 a 0,40% em peso.
14. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que Mo é 0,18 - 0,24% em peso.
15. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que a espessura da mesma é 6 a 25 mm.

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16. Chapa de aço resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que a dureza Brinell da mesma é > HB420.
17. Método de produção da chapa de aço, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que compreende:

após o tratamento de desgaseificação a vácuo, lingotar continuamente ou lingotar convencionalmente o aço fundido e, se o aço fundido for lingotado convencionalmente, laminá-lo em um lingote;

aquecer a placa de lingotamento contínuo ou o lingote a uma temperatura de 1150 - 1250°C, e então laminá-la em um passe ou em mais de três passes na zona de recristalização da austenita, com a razão total de redução sendo não menos que 70% e a temperatura de término da laminação sendo não menos que 860°C;

resfriar a água rapidamente a chapa de aço laminada a uma velocidade de Vmin ~ 50°C/s até a faixa de temperaturas de MS 145 ~ MS - 185°C, e então resfriá-la a ar até a temperatura ambiente, em que o índice de endurecimento P é calculado de acordo com a expressão

P = 2,7C + 0,4Si + Mn + 0,45Ni + 0,8Cr + 0,45Cu + 2Mo, a velocidade crítica de resfriamento Vmin para obter martensita é calculada de acordo com a expressão lgVmin = 2,94 - 0,75P, e a temperatura de início de formação da martensita MS é calculada conforme a expressão

Ms = 561 - 474C - 33Mn - 17Cr - 17Ni - 21Mo.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a temperatura de término da laminação é 860 890°C.
19. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que a chapa de aço laminada é resfriada a água

Petição 870190035569, de 15/04/2019, pág. 28/34

4/4 rapidamente a uma velocidade de 18 - 50°C/s até a faixa de temperaturas de 235 a 280°C.