BR112014005153B1

BR112014005153B1 - Chapa ou placa de aço laminado, peça de aço fabricada a partir de uma chapa ou placa, processos para fabricar uma peça de aço e uso de uma peça

Info

Publication number: BR112014005153B1
Application number: BR112014005153-4A
Authority: BR
Inventors: Olivier Bouaziz; Coralie Jung; David Barbier
Original assignee: Arcelormittal Investigación Y Desarrollo, Sl
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2019-05-14
Also published as: CN103890213A; US20150147589A1; EP2753723B1; MA35421B1; PL2753723T3; CN103890213B; HUE027449T2; RU2578280C2; MX2014002694A; JP5897713B2; KR20140048350A; CA2847809C; JP2014529688A; US9689050B2; WO2013034815A1; EP2753723A1; UA109963C2; MX359260B; CA2847809A1; BR112014005153A2

Abstract

chapa ou placa de aço laminado, peça de aço fabricada a partir de uma chapa ou placa, processos para fabricar uma peça de aço e uso de uma peça a presente invenção trata de uma chapa ou de uma placa de aço cuja composição compreende, sendo que os teores estão expressos em peso: c menor igual 0,1%; 0,5% menor igual mn menor igual 7%; 0,5% menor igual si menor igual 3,5%; 0,5% < ti menor igual 2%; 2% < ni < menor igual 7%; al menor igual 0,10%; cr menor igual 2%; cu menor igual 2%; co menor igual 2%; mo menor igual 2%; s menor igual 0,005%; p menor igual 0,03%; nb menor igual 0,1%; v menor igual 0,1%; b < 0,005%; n menor igual 0,008%, em que os teores de silício e de titânio são tais que si + ti maior igual 2,5% e a fórmula (i) é cumprida. o restante da composição consiste de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam do processo. a presente invenção trata igualmente de um processo de fabricação de uma peça para veículo terrestre a motor a partir da chapa ou da placa por estampo a quente. a microestrutura da peça é constituída essencialmente de martensita e de precipitados intermetálicos de tipo fe2tisi com uma proporção de superfície compreendida entre 1 e 5 para estes últimos.

Description

“CHAPA OU PLACA DE AÇO LAMINADO, PEÇA DE AÇO FABRICADA A PARTIR DE UMA CHAPA OU PLACA, PROCESSOS PARA FABRICAR UMA PEÇA DE AÇO E USO DE UMA PEÇA”

Campo da Invenção [001] A presente invenção trata da fabricação de peças de aço laminado que apresentam propriedades mecânicas elevadas de resistência e de formabilidade, em particular após estampo a quente e/ou têmpera no dispositivo seguido de um tratamento térmico de endurecimento.

Antecedentes da Invenção [002] Essa oferta de material resistente atende à grande demanda de redução de gases de efeito estufa associada ao aumento das exigências de segurança automobilística e ao aumento dos preços dos combustíveis. Essas três necessidades levaram, de fato, os construtores de veículos terrestres a motor a usar aços com resistência mecânica cada vez mais elevada na carroceria a fim de reduzir a espessura das peças e, portanto, o peso dos veículos, mantendo ao mesmo tempo os desempenhos de resistência mecânica das estruturas, e mesmo melhorando-as. Colunas centrais, travessas de pára-choques, peças anti-intrusivas e outras peças de segurança são exemplos de peças que requerem uma resistência mecânica elevada para assegurar sua função principal e uma formabilidade suficiente para a modelagem da peça.

[003] A formação de aços com alto nível de resistência mecânica requer uma sequência bem conhecida que consiste na gênese de uma fasemãe: a austenita, a transformação da austenita em bainita e/ou martensita e, eventualmente, o ajuste das propriedades mecânicas e, em particular, da dureza desta última por diversos tratamentos térmicos ou termomecânicos em função do comportamento funcional pretendido para a peça final.

[004] O comportamento mecânico da martensita está ligado, em

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2/21 particular, ao teor de carbono, de fato, quanto maior for a concentração de carbono, mais dura ela será.

[005] O artigo intitulado “Martensite in steel: strength and structure” de G. Krauss e publicado em “Materiais Science and Engineering” A273-275 (1999) páginas 40 a 57 ilustra bem o vínculo entre o teor de carbono e a dureza da martensita, e esse vínculo é quase linear com a raiz quadrada do teor de carbono em porcentagem do peso. Resistências mecânicas significativamente acima de 1500 MPa podem ser atingidas pela combinação de um aumento do teor de carbono e da adição de elementos diversos de endurecimento por solução sólida ou de endurecimento por precipitação. A ductilidade de um material que possui uma resistência tão elevada é, porém, proibitiva para a estampagem de uma peça de estrutura, assim a combinação ótima conhecida atualmente consiste em obter o nível de resistência elevado após a estampagem da peça, estampagem essa que pode ser feita a quente. É muito vantajoso ter uma resistência baixa antes da estampagem, portanto, uma ductilidade melhorada, para facilitar a estampagem.

[006] A abordagem mencionada acima está descrita no pedido de patente WO2009145563 que trata de uma chapa de aço de altíssima resistência que apresenta excelentes propriedades de tratamento a quente, a qual chapa contém, em % em peso, C: 0,2 a 0,5%, Si: 0,01 a 1,5%, Mn: 0,5 a 2,0%, P: 0,1% ou menos (mas não 0%), S: 0,03% ou menos (mas não 0%), Al solúvel: 0,1% ou menos (mas não 0%), N: 0,01 a 0,1%, e Cr: 0,1 a 2,0%, sendo que o restante é constituído de Fe e de impurezas inevitáveis. Essa chapa de aço apresenta uma resistência à tração, medida antes da estampagem a quente, inferior ou igual a 800 MPa. A chapa é formada a quente e resfriada rapidamente de modo a apresentar uma resistência à tração superior ou igual a 1800 MPa.

[007] Entretanto, os níveis de carbono descritos nesse

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3/21 documento (0,2 a 0,5%) são conhecidos atualmente por ser fonte de dificuldades em termos de soldagem por pontos para a carroceria nua dos veículos terrestres a motor, isto é, a estrutura montada.

[008] Além disso, o pedido de patente WO200136699 trata de uma composição e de um processo de fabricação de produtos de aço inoxidável martensítico que endurece por precipitação, cuja composição contém ao menos 0,5% em peso de Cr e ao menos 0,5% em peso de Mo, sendo que a soma de Cr, Ni e Fe ultrapassa 50%. A microestrutura obtida contém ao menos 50% de martensita e o aço é submetido, em seguida, a um tratamento de envelhecimento entre 425 e 525°C para obter uma precipitação de partículas quase cristalinas. Esse material atende às exigências de resistência à corrosão, de alta resistência e de boa tenacidade. O exemplo da presente invenção é um aço que possui um limite de elasticidade de 1820 MPa, e um alongamento total de 6,7%. Se o material obtido for muito resistente com cerca de 1800 MPa de resistência mecânica, uma peça complexa não pode ser formada com uma chapa tão resistente, pois é sabido que o corolário inevitável dessa resistência elevada é uma ductilidade relativamente baixa que deixa pouca margem de manobra para as peças que requerem formabilidade.

Descrição da Invenção [009] A presente invenção tem, assim, por objetivo solucionar esses problemas propondo um aço facilmente soldável nas condições industriais, que apresente propriedades mecânicas de resistência e de ductilidade elevadas na peça estampada a quente após um tratamento térmico de endurecimento. Para realizar isso, a presente invenção visa disponibilizar um aço laminado que, após estampo a quente e tratamento térmico de precipitação, apresente um limite de elasticidade superior ou igual a 1300 MPa, e um alongamento à ruptura superior ou igual a 4%. A presente invenção visa igualmente eliminar a necessidade da adição excessiva de elementos de liga de custo elevado para obter essas propriedades.

[010] No contexto da presente invenção, entende-se por placa, o

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4/21 resultado do corte de uma chapa e por peça o resultado do estampo de uma chapa ou de uma placa.

[011] A presente invenção tem por objeto uma chapa ou uma placa de aço laminado cuja composição compreende, sendo que os teores estão expressos em peso: C < 0,1%; 0,5% < Mn < 7%; 0,5% < Si < 3,5%; 0,5% < Ti < 2%; 2% < Ni < 7%; Al < 0,10%; Cr < 2%; Cu < 2%; Co < 2%; Mo < 2%; S < 0,005%; P < 0,03%; Nb < 0,1%; V < 0,1%; B < 0,005%; N < 0,008%, devendo ficar claro que os teores de silício e de titânio são tais que:

Si + Ti > 2,5% e — > 0,3

Si e o resto da composição é constituído de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam do processamento.

[012] Em um modo de realização preferido, a chapa ou a placa apresenta a seguinte composição em porcentagem em peso: C < 0,050%; 3 < Mn < 5%; 1,0 <Si < 3,0%; 0,5 <Ti <1,5%; 2,5 <Ni < 3,5%; Al < 0,10%; Cr < 1%; Cu < 0,05%; Co < 1%; Mo < 2%; S < 0,005%; P < 0,03%; Nb < 0,1%; V < 0,1%;

B < 0,005%; N < 0,008%, devendo ficar claro que os teores de silício e de titânio são tais que:

Si + Ti > 2,5% e— > 0,3

Si e o resto da composição é constituído de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam do processo.

[013] A presente invenção tem também por objeto uma peça fabricada a partir de uma chapa ou de uma placa de acordo com a presente invenção, cuja microestrutura compreende ao menos 95% de martensita, e precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi.

[014] De acordo com um modo de realização preferido, a fração de superfície dos precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi da peça está compreendida entre 1 e 5%.

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5/21 [015] De acordo com um modo de realização preferido, o raio médio dos precipitados está compreendido entre 1 e 10 nanômetros.

[016] De acordo com um modo preferido, o limite de elasticidade da peça de aço é superior ou igual a 1300 MPa e o alongamento à ruptura é superior ou igual a 4%.

[017] De acordo com um modo preferido, a peça de aço compreende um revestimento que contém zinco, uma liga de zinco ou uma liga à base de zinco.

[018] De acordo com uma variante da presente invenção, a peça de aço compreende um revestimento que contém alumínio, uma liga de alumínio ou uma liga à base de alumínio.

[019] A presente invenção tem também por objeto um processo de fabricação de uma peça de aço, que comporta as etapas sucessivas de acordo com as quais:

-é fornecida uma chapa de aço laminado de composição acima cuja microestrutura compreende menos de 1% de precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de superfície, e em seguida, a chapa é recortada para obter uma placa que pode eventualmente ser soldada. A placa é depois levada a uma temperatura Ty durante um período de tempo tY em um forno de modo que a estrutura do aço se torne inteiramente austenítica. Em seguida, a placa é eventualmente removida e depois estampada a quente a uma temperatura mais elevada que a temperatura Ms. A peça é depois resfriada ao ar ou temperada no dispositivo, a uma velocidade Vref1 a fim de obter uma estrutura essencialmente martensítica a partir da estrutura austenítica-mãe; o resfriamento que sucede ao estampo será feito, portanto, a uma temperatura abaixo de Ms. Entende-se por estrutura “essencialmente martensítica”, uma estrutura que contém ao menos 95% de martensita. Finalmente, um tratamento térmico de precipitação de intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de

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6/21 superfície compreendida entre 1% e 5% é então realizado à temperatura Toa durante um tempo toA a fim de endurecer a peça e lhe conferir as propriedades mecânicas especificadas no âmbito da presente invenção.

[020] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de fabricação de uma peça de aço, que comporta as etapas sucessivas de acordo com as quais é fornecida uma chapa de aço laminado de composição acima cuja microestrutura compreende menos de 1% de precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de superfície, e em seguida a chapa é recortada para obter um pedaço de chapa que pode eventualmente ser soldado. o pedado de chapa é depois estampado a frio para obter uma peça ou uma pré-forma da peça final especificada. A peça ou préforma é então aquecida a uma velocidade Vc1 qualquer em um forno a uma temperatura Ty durante um período de tempo tv de modo a obter uma estrutura inteiramente austenítica antes de ser eventualmente removida e depois estampada a quente para lhe conferir a forma final. A peça é depois resfriada em ar ou por têmpera no dispositivo a uma velocidade Vrefi a fim de obter uma estrutura essencialmente martensítica a partir da estrutura austenítica mãe, e o resfriamento subsequente ao estampo será feito, portanto, a uma temperatura abaixo de Ms. Finalmente, um tratamento térmico de precipitação de intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de superfície compreendida entre 1% e 5% é então realizado à temperatura Toa durante um tempo toA a fim de endurecer a peça e lhe conferir as propriedades mecânicas especificadas no âmbito da presente invenção.

[021] De acordo com um modo preferido, a temperatura Ty está compreendida entre 700 e 200°C, e de modo mais particularmente preferido entre 880 e 980°C.

[022] De modo preferencial, o tempo de manutenção ty está compreendido entre 60 e 360 segundos.

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7/21 [023] De modo preferido, a velocidade de resfriamento, após estampo a quente, Vref1 entre Τ_γ e a temperatura de transformação martensítica Ms está compreendida entre 10 °C/s e 70 °C/s.

[024] De acordo com um modo particular, o tratamento térmico de precipitação de intermetálicos consistirá em aquecer a peça a uma velocidade VC2 qualquer até a temperatura de manutenção TOA durante um período tOA e depois em resfriar a peça à velocidade Vref2 superior a 1 °C/s de modo a lhe conferir as características mecânicas especificadas. Um resfriamento com ar é particularmente preferido.

[025] De acordo com um modo preferido, a temperatura de manutenção Toa está compreendida entre 400 e 600°C.

[026] De acordo com um modo preferido, o tempo de manutenção Toa está compreendido entre 30 e 600 minutos.

[027] A presente invenção tem ainda por objeto uma peça de acordo com a presente invenção, aquecida à temperatura Toa durante um período de tempo toA, e depois revestida de zinco, de uma liga de zinco ou de uma liga à base de zinco.

[028] A presente invenção tem também por objeto uma peça de acordo com a presente invenção, aquecida à temperatura ToA durante um período de tempo tOA, e depois revestida de alumínio, de uma liga de alumínio ou de uma liga à base de alumínio.

[029] A presente invenção tem igualmente por objeto o uso de uma peça de acordo com a presente invenção para a fabricação de peças de estrutura ou de segurança para veículos terrestres a motor. As peças antiintrusivas são particularmente visadas pela presente invenção.

Breve Descrição dos Desenhos [030] outras características e vantagens no contexto da presente invenção vão aparecer abaixo e farão eventualmente referência às figuras a

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8/21 seguir que representam:

- Figura 1: duas curvas convencionais de tração que mostram o comportamento mecânico do aço de acordo com a presente invenção proveniente da fundição 1, ensaio A na tabela 3 dos exemplos. A curva pontilhada indica o comportamento mecânico em tração uniaxial após ty = 180 segundos de austenitização a Ty = 950 °C seguido de um resfriamento Vrefi de 30 °C/s até a temperatura ambiente que é inferior a Ms. A curva contínua indica o comportamento mecânico em tração uniaxial após o tratamento térmico de precipitação de intermetálicos nanométricos a Toa = 500°C durante toA = 180 minutos.

- Figura 2: uma fotografia da microestrutura intermediária inteiramente martensítica após o resfriamento Vref1 a 30 °C/s. Ela ilustra, ainda, a microestrutura que corresponde à curva pontilhada da figura 1.

- Figura 3: uma fotografia da microestrutura de um aço de acordo com a presente invenção após o tratamento térmico de precipitação de intermetálicos. As setas pretas na fotografia indicam os precipitados de Fe2TiSi. Ela ilustra, ainda, a microestrutura que corresponde à curva contínua da figura 1.

Descrição de Realizações da Invenção [031] Para a composição química do aço da presente invenção, os teores indicados se referem a porcentagens em peso.

[032] O teor de carbono deve ser inferior ou igual a 0,1% em peso pois acima desse limite, começa a diminuir a tenacidade da martensita com baixo teor carbono que constitui a matriz do aço da presente invenção. Além disso, é também desejável evitar a formação de carbetos de titânio (TiC) nocivos à formabilidade e consumidores de titânio. De modo preferencial, é desejável limitar o teor de carbono a 0,05% para reduzir ao máximo o risco de obter uma martensita frágil.

[033] O teor de manganês estará compreendido entre 0,5 e 7%.

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Esse elemento possui um papel desoxidante e suas propriedades de endurecimento decorrentes da formação de uma solução sólida são aproveitadas para atingir as propriedades mecânicas especificadas. De outro lado, seu efeito positivo sobre a temperabilidade é também usado para obter uma estrutura martensítica a partir da austenita mãe com, por exemplo, um ciclo de resfriamento ao ar. Assim, um teor mínimo de 0,5% é preconizado no âmbito da presente invenção. Entretanto, a fim de evitar um comportamento frágil do material à temperatura ambiente, um limite superior de 7% é estabelecido no âmbito da presente invenção. De modo preferencial, um limite inferior de 3% e um limite superior de 5% serão privilegiados para obter os melhores resultados em relação ao alvo da presente invenção.

[034] No que diz respeito ao silício, um teor compreendido entre 0,5 e 3,5% é desejado. Esse elemento tem um efeito positivo sobre a temperabilidade do aço e é utilizado no âmbito da presente invenção em vista de uma precipitação fina de intermetálicos de tipo Fe2SiTi. É preciso, portanto, um teor mínimo de 0,5% a fim de obter uma quantidade suficiente de Si para formar os precipitados Fe2SiTi intermetálicos. Entretanto, o silício é conhecido por gerar fragilidade tornando a laminação difícil, assim, acima de 3,5%, a laminação poderia levar a uma ruptura e interromper o processo industrial. De modo preferencial, um teor de silício compreendido entre 1,0% e 3,0% inclusivamente será preconizado para obter os melhores resultados em termos de tamanho, densidade de superfície e distribuição de precipitados intermetálicos Fe2SiTi.

[035] A quantidade de titânio estará compreendida entre 0,5 e 2% para equilibrar o sistema ternário Fe2SiTi, isto é, ter uma estequiometria favorável à formação de compostos Fe2TiSi de acordo com a presente invenção. Um teor mínimo de 0,5% de titânio é necessário para formar precipitados intermetálicos finos Fe2SiTi em quantidade suficiente. Entretanto,

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10/21 em quantidade superior a 2%, o risco de formar carbetos de titânio grosseiros se torna muito elevado, pois eles prejudicam a formabilidade e consomem titânio. Assim, o teor máximo de titânio é especificado em 2%. De modo preferencial, um teor de titânio compreendido entre 0,5 e 1,5% inclusivamente será privilegiado para obter os melhores resultados em termos de tamanho, densidade e distribuição de precipitados intermetálicos Fe2TiSi.

[036] O teor de níquel estará compreendido entre 2 e 7%. Esse elemento permite aumentar o tamanho do domínio austenítico, melhorar as propriedades anticorrosivas, e aumentar a tenacidade do material. Entretanto, o custo desse elemento impõe limitar seu teor a 7%. Abaixo de 2%, os efeitos positivos descritos acima são menos pronunciados. De modo preferencial, o teor de níquel estará compreendido entre 2,5 e 3,5% para atingir os alvos da presente invenção.

[037] No contexto da presente invenção, o teor de alumínio será limitado a 0,10%. Uma austenitização completa é requerida durante o aquecimento à temperatura Ty a fim de que a matriz do aço se torne inteiramente austenítica, embora o alumínio seja um elemento conhecido por ser muito alfagênico, ou seja, ele tenderá a aumentar a temperatura a partir da qual o domínio inteiramente austenítico é atingido. Outras características, tais como uma fundibilidade mais difícil dos aços que contêm grandes quantidades alumínio, são impeditivas em relação à presente invenção, e essa característica principal levou os inventores a limitar o teor de alumínio a 0,10%.

[038] O teor de cromo é inferior ou igual a 2%. Esse elemento pode ser, no âmbito desta invenção, um substituto dispendioso do manganês por conta de seu principal efeito sobre a temperabilidade, ou mesmo um elemento adicional de endurecimento. De modo preferencial o cromo será limitado a 1%.

[039] O teor de cobre é inferior ou igual a 2%. Esse elemento

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11/21 poderia ser um substituto interessante, embora dispendioso, do manganês, mas riscos de fissuração poderiam então aparecer e prejudicariam assim forjabilidade a quente. Assim, de modo preferencial o cobre será limitado a 0,05%.

[040] O teor de cobalto será limitado a 2%. A duração do tratamento térmico de precipitação de intermetálicos, que ocorre após a estampagem final da peça de estrutura, pode ser reduzida por adição desse elemento que tem, ainda, um papel positivo sobre a tenacidade. Assim, cobalto pode ser adicionado para acelerar a cinética de precipitação de intermetálicos endurecedores, entretanto esse elemento é dispendioso e por esse motivo seu uso está limitado a 2, e mesmo a 1%.

[041] A adição de molibdênio está limitada a 2% no âmbito da presente invenção, pois ele é um elemento dispendioso, embora ele possa também ser adicionado por sua contribuição ao aumento de resistência por solução sólida ou por seu efeito positivo sobre a temperabilidade.

[042] O teor de boro será estritamente inferior a 0,005%, pois acima desse nível existe o risco de formar TiB2 no estágio líquido ou mesmo nitretos de boro. Como esse tipo de precipitado é nitidamente menos endurecedor que Fe2TiSi, uma parte do titânio não estará então mais disponível para endurecer suficientemente o aço.

[043] O teor de nitrogênio está limitado a 0,008% para evitar a formação de nitretos de titânio TiN grosseiros devido ao caráter nocivo dessa inclusão sobre a formabilidade.

[044] Os elementos de microligas tais como o nióbio e o vanádio possuem teores limitados a 0,1%. Eles podem ser usados para reduzir o tamanho do grão austenítico para melhorar a resistência mecânica. Entretanto, devido ao fato de que o domínio de precipitação desses elementos ocorre a uma temperatura superior à da transformação martensítica durante o resfriamento, eles não poderão ser usados para endurecer por precipitação

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12/21 durante o tratamento térmico. Isso poderia acarretar o risco de obter um aço duro e, portanto, pouco formável antes mesmo do estampo, porque ele conteria precipitados à base de nióbio e vanádio, o que reduz a capacidade de estampo sem aparecimento de fissuras.

[045] Os elementos tais como o enxofre e o fósforo estão limitados ao estado de impurezas na escala industrial e possuem, portanto, respectivamente como limites máximos: 0,005% e 0,03%.

[046] A matriz das chapas e placas de acordo com a presente invenção é essencialmente martensítica. Essa martensita apresenta uma concentração de carbono igual ao teor nominal que será denominada a seguir martensita de baixo teor de carbono. Pode-se tolerar até 5% de austenita residual em proporção de superfície na microestrutura.

[047] Essa matriz contém precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi. A fim de atingir os alvos especificados pela presente invenção, é preciso ter um tamanho, densidade e uma distribuição desses precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi particulares que são obtidos, na peça, graças ao tratamento térmico de precipitação e pela seguinte combinação:

— a soma do teor mássico do silício e do titânio é superior ou igual a 2,5%.

— a relação do teor mássico do titânio para a do silício é superior ou igual a 0,3.

[048] As chapas de acordo com a presente invenção poderão ser fabricadas por qualquer processo apropriado. Entretanto, é preferível usar o processo de acordo com a presente invenção que comporta várias etapas.

[049] É fornecida primeiramente uma chapa ou uma placa recortada a partir de uma chapa que possui uma composição de acordo com a presente invenção. A fabricação da chapa será feita, por exemplo, por fundições de aço líquido, que, depois de resfriado dará uma placa. O

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13/21 reaquecimento da placa será feito entre 1100°C e 1275°C durante um tempo suficiente para que a temperatura seja idêntica em todos os pontos da placa. Após o reaquecimento e depois que a temperatura na placa estiver homogênea, a placa é laminada a quente com uma temperatura de fim de laminação Tfi superior ou igual a 890°C, pois o objetivo é que a temperatura esteja acima de Ar3, pois laminação deve ser realizada no domínio austenítico.

[050] Após essa laminação a quente, uma etapa importante da presente invenção consiste em resfriar o aço até uma temperatura de bobinagem Tbob inferior a 400°C a fim de evitar qualquer precipitação prematura de intermetálicos. A velocidade de resfriamento Vbob até Tbob estará compreendida entre 30 °C/s e 150 °C/s. O aço é depois eventualmente bobinado com resfriamento ao ar da temperatura Tbob à temperatura ambiente.

[051] De acordo com uma variante da presente invenção, a placa pode ser soldada a outros elementos de aço para formar uma estrutura mais complexa antes da austenitização e estampo. Sabe-se, de fato que, de acordo com aplicação, pode haver certas regiões de uma peça que podem requerem propriedades mecânicas ou espessuras diferentes do resto da peça. Assim, com o objetivo principal de ganhar em termos de peso e de eficácia, certas peças podem apresentar diferentes aços e/ou diferentes espessuras, montados de uma forma denominada placas de espessuras variáveis provenientes de uma laminação flexível. A soldagem pode ser efetuada por meio de todas as tecnologias existentes (soldagem a laser, soldagem ao arco, soldagem por resistência por pontos, etc..) ao passo que a placa de espessura variável requer uma laminação a quente ou a frio flexível com afastamento variável dos rolos de laminação.

[052] De acordo com outra variante da presente invenção, antes do aquecimento da chapa ou da placa, a placa pode ser deformada a frio de modo a se aproximar parcialmente da peça final ou da peça formada a frio se

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14/21 não apresentar problemas particulares que requeiram um estampo a quente. Finalmente, essa etapa de deformação a frio pode também ter uma pré-forma mais apropriada de resfriamento ulterior que permitirá assim um melhor contato entre o dispositivo e a peça para que o resfriamento seja efetuado de modo mais homogêneo e mais rápido. Essa deformação a frio pode também servir simplesmente para reduzir ainda mais a espessura do aço.

[053] Após essas duas variantes ao mesmo tempo opcionais e acumuláveis, a chapa ou a placa é aquecida em um forno de tratamento térmico a uma temperatura chamada de austenitização Ty superior a Ac3. Esse último parâmetro corresponde à temperatura a partir da qual a microestrutura do material é inteiramente austenítica. A temperatura de recozimento austenítica Ty estará compreendida entre 700°C e 1200°C. Para promover a homogeneização, o aço ou a zona a ser aquecida no campo austenítico será de preferência mantida à temperatura Ty durante um tempo ty compreendido entre 60 segundos e 360 segundos. Um tempo mais longo seria economicamente pouco rentável em escala industrial porque o objetivo principal é a homogeneização da temperatura Ty da placa. De modo preferencial, a temperatura de recozimento austenítica Ty estará compreendida entre 880°C e 980°C.

[054] A placa ou a chapa assim aquecida à temperatura Ty durante o tempo ty pode ser eventualmente removida do forno e depois deformada a quente a fim de obter a peça final. Se uma pré-forma a frio já tiver sido fabricada, a forma final é então impressa e o contato entre a peça e o dispositivo de resfriamento será melhor.

[055] De modo preferencial, o tamanho médio do grão da austenita mãe, obtido após o aquecimento acima de Ac3 e antes do estampo a quente é inferior a 30 micrômetros.

[056] O aço apresenta propriedades mecânicas estáveis entre 10

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15/21 e 70 °C/s, o que apresenta a vantagem industrial de poder usar o mesmo dispositivo de resfriamento ou de têmpera qualquer que seja a espessura da peça a ser resfriada. Além disso, o resfriamento por manutenção no dispositivo permite controlar a geometria da peça.

[057] Uma tecnologia que elimina a transferência da chapa e que permite estampar imediatamente após o aquecimento e a homogeneização da temperatura no forno representa uma vantagem em termos de produtividade industrial.

[058] Sem essa tecnologia, depois que a placa foi transferida para a prensa para o estampo, o dispositivo de estampo a quente permite também um resfriamento por condução e a velocidade de resfriamento bem como a homogeneidade do resfriamento dependem da espessura da chapa, da temperatura Τ_γ, do tempo de transferência entre o forno e o dispositivo de estampagem a quente, e do sistema de resfriamento do dispositivo. A temperabilidade do aço da presente invenção é tal que um resfriamento ao ar basta para formar uma estrutura essencialmente martensítica à temperatura ambiente e estabilizar menos de 5% de austenita. Isso subentende que qualquer velocidade superior à de um resfriamento ao ar até uma temperatura Ms permite formar a estrutura essencialmente martensítica, um limite de 70 °C/S foi estabelecido para melhorar a homogeneidade e ser fiel às realidades industriais. Além disso, o resfriamento por manutenção no dispositivo tem a vantagem de permitir um controle da forma da peça. A temperatura de início da transformação martensítica será calculada pela fórmula de K. Ishida em “Journal of Alloys Compound. 220” (1995), página 126.

Ms(°C) = 545 - 33000x C_e + 200x C_Al + 700x C_Ce -1400 x C_Cr -1300 x C_Cu-2300xC_Mb -500xC_Mo -400x-1300xC_Nc -10QxC_Sc +3QQxC_Ti + 400xC_v, em que os teores são mássicos.

[059] A velocidade de resfriamento abaixo da temperatura Ms

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16/21 influirá sobre as propriedades mecânicas da martensita realizando um recozimento da martensita, reduzindo sua dureza em relação com a lentidão do resfriamento abaixo de Ms. É aconselhável ter uma velocidade de resfriamento ao menos igual ao resfriamento ao ar. Tint é a temperatura abaixo de Ms na qual o resfriamento após o estampo para e se situa antes da etapa do tratamento térmico de precipitação de intermetálico.

[060] Em seguida, a chapa ou a placa é submetida a um tratamento térmico de precipitação de intermetálicos nanométricos que endurecem na forma Fe2TiSi. Esse tratamento é efetuado a uma temperatura Toa compreendida entre 400 e 600°C, e esse intervalo de temperatura é o que corresponde aos precipitados supracitados. A manutenção a essa temperatura Toa será feita durante um tempo toA que está compreendido entre 30 e 600 minutos. A etapa do resfriamento da peça abaixo de Ms pode ser diretamente seguida do tratamento térmico descrito acima sem que a temperatura ambiente seja atingida. Esse tratamento térmico endurecedor apresenta a vantagem de ser efetuado após o estampo a quente ou a frio, e a resistência mecânica é, antes da precipitação de intermetálicos, inferior a 1000 MPa tal como ilustrado na figura 1 com a curva pontilhada. Isso permite ter mais ductilidade do que com um aço com uma estrutura endurecida antes mesmo do estampo, assim, peças complexas se tornam acessíveis.

[061] A microestrutura de acordo com a presente invenção compreende, portanto, uma matriz martensítica de baixo teor de carbono presente na forma de ilhotes com uma configuração lamelar no interior da qual há uma precipitação de tipo Fe2TiSi que apresenta uma fração de superfície compreendida entre 1 e 5% e um raio médio de precipitado compreendido entre 1 e 10 nanômetros. Para esse último critério, o precipitado é comparado a um círculo cujo raio é medido.

[062] As peças assim formadas podem ser montadas por

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17/21 soldagem com outros elementos de tamanho, forma, espessura e composição diferentes a fim de formar uma estrutura maior e mais complexa. As peças assim formadas podem ser revestidas, em seguida, por imersão ou por eletrólise com um revestimento apropriado se houver exigências anticorrosivas ou estéticas.

[063] A título ilustrativo e não limitativo, outras vantagens conferidas pela presente invenção vão aparecer através dos ensaios a seguir.

[064] Três composições químicas foram fundidas sendo que a primeira corresponde à presente invenção (aço 1) e as duas outras (aços 2 e 3) correspondem a referências. O objetivo é demonstrar a capacidade da presente invenção de atingir o alvo da presente invenção que é um grau pouco dispendioso que permita atingir um limite de elasticidade superior ou igual a 1300 MPa, bem como um alongamento à ruptura superior ou igual a 4%. O aço n°2 é um aço maraging. O aço N°3 é um aço para o estampo a quente denominado 22MnB5.

[065] A tabela 1 apresenta as composições químicas dos aços fundidos em porcentagem mássica, e as composições de elementos que não correspondem à presente invenção estão sublinhadas.

Tabela 1

Aços	C	Mn	Si	Ti	Ni	Al	Cr	Cu
1	0,03	3,76	1,99	0,97	3,01	0,01	<0,00 2	0,000 7
2	0,006	<0,2	0,04 7	0,44	18,24	0,087	0,053	0,053
3	0,23	1,18	0,26	0,04	0,01	0,053	0,18	0,02

Aços

Co

Mo

S

P

Nb

V

B

N

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18/21

Aços	Co	Mo	S	P	Nb	V	B	N
1	<0,002	0,001	<0,001	0,002	<0,002	<0,002	0,0005	0,0039
2	8,86	5,03	<0,001	<0,02	<0,002	<0,002	<0,001	<0,002
3	<0,002	0,002	0,0008	0,0125	<0,002	0,0007	0,0029	0,0039

[066] A tabela 2 apresenta a soma Si + Ti, as relações Si/Ti e as temperaturas de transformação martensíticas para as composições químicas da tabela 1.

Tabela 2

Aços	Si+Ti	Ti/Si	Ms (°C)
1	2,96	0,49	398
2	0,49	9,36	343
3	03	0,15	440

[067] Essas três composições foram fundidas para formar placas que foram depois submetidas aos seguintes parâmetros de laminação:

- Reaquecimento a 1200°C durante 45 minutos

- Redução de espessura de 90% por laminação a quente com uma temperatura de fim de laminação de 900°C.

- Resfriamento do aço na saída do último rolo de laminação até 200°C.

- A velocidade de resfriamento da temperatura de fim de laminação Tfi = 900°C até a temperatura de bobinagem Tbob de 200°C foi de 100°C por segundo e, em seguida, o resfriamento foi efetuado ao ar.

- À temperatura ambiente, a chapa laminada a quente oxidada é decapada por um processo químico de decapagem.

- A espessura da chapa é reduzida, em seguida, de 70% por laminação a frio.

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19/21 [068] A espessura das chapas obtidas está compreendida entre

0,8 e 2,4 mm.

[069] As chapas assim obtidas foram recortadas, em seguida, para obter peças brutas e, depois, elas foram submetidas a tratamentos térmicos resumidos na tabela 3 tendo por colunas:

- a velocidade de aquecimento: Vc1 em °C/s,

- a temperatura de austenitização Τγ em °C,

- o tempo de austenitização tγ em segundos,

- a velocidade média de resfriamento Vrefi em °C/s,

- a temperatura Tint de parada do resfriamento Vref1 ,

- o segundo aquecimento para efetuar o tratamento térmico de precipitação VC2 em °C/s,

- a temperatura de manutenção de precipitação Toa em °C,

- o tempo de manutenção de precipitação toA em minutos,

- o resfriamento final ao ar Vref2

Tabela 3

Teste	Aços	VC1 (°C/s)	Τγ (°C)	ty (seg)	Vref1 (°C/s)	Tint (°C)	VC2 (°C/s)	Toa (°C)	toA (min)	Vref2
A	1	5	950	300	30	25	5	500	180	ar
B	2	5	950	300	30	200	5	480	180	ar
C	3	5	950	300	30	25	5	500	30	ar
D	3	5	950	300	30	25	5	400	30	ar
E	3	5	950	300	30	25	5	600	30	ar

[070] Nos aços dos ensaios A e B, a placa foi estampada após austenitização a 950°C durante 5 min. e antes do resfriamento Vref1. Isso permitiu formar uma coluna central e ilustrar a capacidade de estampo a quente dos aços da presente invenção. Depois disso, um tratamento térmico

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20/21 de 500°C durante 3 horas (180 minutos) permitiu atingir um nível de limite de elasticidade superior a 1300 MPa e um alongamento total superior a 4% na peça proveniente do aço 1 ensaio A como ilustra a tabela 4.

[071] Uma amostra do aço 1 que foi submetida ao ensaio A foi revestida por imersão de uma liga de Zn, em que o banho tem a seguinte composição: 0,208% de AI e 0,014% de Fe, sendo que o resto é zinco. Uma camada interfacial de Fe2AI5(Zn) foi assim formada, com sobreposição de uma camada de liga de zinco que possui uma composição quase idêntica à do banho. O revestimento obtido é aderente e possui boa cobertura.

[072] Com o fim de conferir precisão referente à resposta mecânica dos aços concebidos de acordo com a presente invenção, a tabela 4 resume as propriedades mecânicas obtidas quando os ensaios A a E foram realizados:

Tabela 4

Teste	Aços	Limite de elasticidade (MPa)	Resistência mecânica (MPa)	Alongamento à ruptura A%
A	1	1376	1437	7,9
B	2	1930	1950	3,5
C	3	846	903	11,9
D	3	1048	1193	7,0
E	3	704	798	13,9

[073] O ensaio B não está de acordo com presente invenção, devido ao uso de um grau maraging que leva a um alongamento à ruptura insuficiente. Além disso, a resistência é elevada antes mesmo do estampo, o que reduz a formabilidade durante o estampo.

[074] O ensaio C efetuado com o aço proveniente da fundição 3

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21/21 não corresponde às características mecânicas requeridas pela presente invenção, pois a composição química não permite ter todas as características técnicas especificadas e necessárias para atingir 1500 MPa de limite de elasticidade com 4% de alongamento total. O teor de carbono é excessivamente elevado e os teores de silício e titânio não permitem ter os precipitados endurecedores especificados no contexto da presente invenção. Assim, o nível do limite de elasticidade é significativamente inferior a 1300 MPa.

[075] Os ensaios D e E cobrem respectivamente os limites inferiores (400°C) e superiores (600°C) para Toa na faixa visada. Nenhuma dessas temperaturas permite de atingir o alvo, em termos de limite de elasticidade, porque, nesse caso, trata-se de um revenido de martensita cujo aumento de temperatura na faixa descrita levará a um amaciamento estrutural.

[076] A presente invenção permite assim a fabricação de peças, eventualmente revestidas por imersão ou por deposição eletrolítica, que apresentam características mecânicas tais que o limite de elasticidade é superior ou igual a 1300 MPa e seu alongamento à ruptura é superior ou igual a 4% após o tratamento térmico de endurecimento. Esse tratamento térmico assegura propriedades mecânicas estáveis e particularmente elevadas na peça final ou na zona visada para ser submetida ao tratamento térmico em caso de placa, por exemplo.

[077] Assim, essas peças poderão ser utilizadas vantajosamente, por exemplo e de modo não limitativo, como peça de segurança anti-intrusiva ou de reforço para a construção de veículos terrestres a motor.

[078] Essas peças poderão ser de espessura variável devido à soldagem com outros aços ou da laminação flexível do aço da presente invenção, isto é, à laminação de uma mesma chapa entre dois rolos de laminação com afastamento variável que permitem ter ao menos duas espessuras diferentes nessa chapa no fim da laminação.

Claims

Reivindicações

1. CHAPA OU PLACA DE AÇO LAMINADO, caracterizada pelo fato de que a composição química consiste dos teores que estão expressos em porcentagem em peso:

C < 0,1%

0,5% < Mn < 7%

0,5% < Si <3,5%

0,5% < Ti < 2%
2% < Ni < 7%

Al < 0,10%

Cr < 2%

Cu < 2%

Co < 2%

Mo < 2%

S < 0,005%

P < 0,03%

Nb < 0,1%

V < 0,1%

B < 0,005%

N < 0,008% devendo ficar claro que os teores de silício e de titânio são tais que:

Si + Ti > 2,5% — > 0,3 Si ^, o resto da composição consiste de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam do processamento.

2. CHAPA OU PLACA, de acordo com a reivindicação 1,

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2/5 caracterizada pelo fato de que a composição química consiste dos teores que estão expressos em porcentagem em peso:

C < 0,050%
3 < Mn < 5%

1,0 < Si < 3,0%

0,5 < Ti < 1,5%

2,5 < Ni < 3,5%

Al < 0,10%

Cr < 1%

Cu < 0,05%

Co < 1%

Mo < 2%

S < 0,005%

P < 0,03%

Nb < 0,1%

V < 0,1%

B < 0,005%

N < 0,008% devendo ficar claro que os teores de silício e de titânio são tais que:

Si + Ti > 2,5%

Ti > 0

Si o resto da composição consiste de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam do processamento.

3. PEÇA DE AÇO FABRICADA A PARTIR DE UMA CHAPA OU PLACA, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que a microestrutura consiste de pelo menos 95% de

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3/5 martensita e precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi.
4. PEÇA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a fração de superfície dos referidos precipitados intermetálicos consiste entre 1 e 5%.
5. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a

4, caracterizada pelo fato de que o raio médio dos referidos precipitados intermetálicos consiste entre 1 e 10 nanômetros.
6. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a

5, caracterizada pelo fato de que o limite de elasticidade é superior ou igual a 1300 MPa e cujo alongamento à ruptura é superior ou igual a 4%.
7. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a

6, caracterizada pelo fato de que compreende um revestimento que contém zinco, uma liga à base de zinco ou uma liga de zinco.
8. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a

6, caracterizada pelo fato de que compreende um revestimento que contém alumínio, uma liga à base de alumínio ou uma liga de alumínio.
9. PROCESSO PARA FABRICAR UMA PEÇA DE AÇO, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas sucessivas seguintes:

- é fornecida uma chapa de aço laminada que possui a composição, conforme definida em uma qualquer uma das reivindicações 1 a 2, cuja microestrutura compreende menos de 1% de precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de superfície,

- a referida chapa é cortada para obter um pedado de chapa,

- o referido pedado de chapa é aquecido a uma temperatura Ty durante um tempo ty em um forno de modo a conferir uma estrutura totalmente austenítica,

- o referido pedado de chapa é estampado em um dispositivo a uma temperatura superior à temperatura Ms para obter uma peça, e

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4/5

- a referida peça é resfriada a uma velocidade média de resfriamento Vrefi até uma temperatura inferior à temperatura Ms para formar uma matriz martensítica, e

- a referida peça de aço é aquecida a uma temperatura de manutenção TOA durante um tempo de manutenção tOA de modo a conferir as características mecânicas especificadas por precipitação de intermetálicos de tipo Fe2TiSi entre 1% e 5% em proporção de superfície.
10. PROCESSO PARA FABRICAR UMA PEÇA DE AÇO, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas sucessivas seguintes:

- é fornecida uma chapa de aço laminada que possui a composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 2, cuja microestrutura compreende menos de 1% de precipitados intermetálicos de tipo Fe2TiSi em proporção de superfície,

- a referida chapa é cortada para obter um pedaço de chapa,

- o referido pedado de chapa é estampado,

- o referido pedado de chapaé aquecido a uma temperatura Ty durante um tempo ty em um forno de modo a conferir uma estrutura totalmente austenítica, o referido pedado de chapaé removida do forno,

-o referido pedado de chapaé estampado em um dispositivo a uma temperatura superior à temperatura Ms para obter uma peça,

- a referida peça é resfriada a uma velocidade média de resfriamento Vref1 até uma temperatura inferior à temperatura Ms,

- a referida peça de aço é aquecida a uma temperatura de manutenção TOA durante um tempo de manutenção tOA de modo a conferir as características mecânicas especificadas por precipitação de intermetálicos de tipo Fe2TiSi entre 1% e 5% em proporção de superfície.
11. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo fato de que a referida temperatura Ty

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5/5 está compreendida entre 700 e 1200 °C.
12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a referida temperatura Ty está compreendida entre 880 e 980 °C.
13. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o referido tempo de manutenção ty está compreendido entre 60 e 360 segundos.
14. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que a referida velocidade média de resfriamento Vref1 está compreendida entre 10 e 70 °C/s.
15. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que a referida temperatura de manutenção TOA está compreendida entre 400 e 600 °C.
16. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado pelo fato de que o referido tempo de manutenção tOA está compreendido entre 30 e 600 minutos.
17. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado pelo fato de que a referida peça aquecida à temperatura Toa durante um período de tempo toA é depois revestida de zinco, de uma liga de zinco ou de uma liga à base de zinco.
18. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado pelo fato de que a referida peça aquecida à temperatura TOA durante um período de tempo tOA é depois revestida de alumínio, de uma liga de alumínio ou de uma liga à base de alumínio.