BR112015027406B1 - Chapa de aço ht550 e método para fabricar uma chapa de aço ht550 - Google Patents

Chapa de aço ht550 e método para fabricar uma chapa de aço ht550 Download PDF

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Abstract

resumo “chapa de aço ht550 e método para fabricar a chapa de aço ht550” são divulgados uma chapa de aço ht550 com dureza muito alta e excelente soldabilidade e método para fabricar a mesma. baseado em um sistema componente com c muito baixo, mn alto, microliga nb, tratamento ti ultramicro, mn/c é controlado na faixa de 15 a aproximadamente 30, (% de si)×(% de ceq) é menor ou igual a 0,050, (% de c)×(% de si) é menor ou igual a 0,010, (% de mo)×[%de c)+0,13(% de si)] está na faixa de 0,003 a aproximadamente 0,020, a razão ti/n está na faixa de 2,0 a aproximadamente 4,0, a chapa de aço é ligada com (cu+ni+mo), ni/cu é maior ou igual a 1,0, é realizado tratamento de ca, e ca/s está na faixa de 0,80 a aproximadamente 3,00; por otimização do processo tmcp, a chapa de aço tem microestruturas de ferrita fina mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão sendo menor que ou igual a 15 µm, resistência à deformação sendo de 460 mpa ou mais, a resistência à tração sendo de 550 a aproximadamente 700 mpa, razão de deformação sendo de 0,85 ou menos, e energia de impacto charpy a -60ºc (valor único) sendo de 60 j ou mais; portanto, a chapa de aço é capaz de tolerar a soldagem com grande intensidade térmica ao mesmo tempo obtendo resistência uniforme e excelente, dureza e uma forte correspondência de plasticidade, e é especialmente adequada para estruturas de pontes oceânicas, estruturas de torres eólicas oceânicas, estruturas de plataformas oceânicas e estruturas hidroelétricas.

Description

“CHAPA DE AÇO HT550 E MÉTODO PARA FABRICAR UMA CHAPA DE AÇO HT550” Campo da Invenção [0001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço HT550 com tenacidade muito alta e excelente soldabilidade e um método para fabricar a mesma. Através do processo TMCP, é obtida uma chapa de aço com resistência à deformação de 460 MPa ou mais, resistência à tração de 550 MPa a aproximadamente 700 MPa, razão de deformação de 0,85 ou menos, energia de impacto Charpy a -60°C (um valor único) de 60 J ou mais e excelente soldabilidade, que tem microestruturas de ferritas finas mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão de 15 pm ou menos.
Antecedentes da Invenção [0002] Como é conhecido, o aço de baixa liga e baixo carbono (alta resistência) é um dos mais importantes materiais de estruturas de engenharia e é amplamente aplicado em linhas de óleo e gás, plataformas offshore, construção de navios, estruturas de pontes, vasos de caldeiras, estruturas arquitetônicas, indústrias de automóveis, transporte ferroviário e produções mecânicas.
[0003] As propriedades do aço de baixa liga e baixo carbono (alta resistência) dependem de seus componentes químicos e do sistema de processo no processo de fabricação, em que a resistência, plasticidade, tenacidade e soldabilidade são as mais importantes do mesmo, que finalmente dependem das microestruturas dos produtos de aço acabados. Conforme a ciência e a tecnologia se desenvolvem, são propostos requerimentos mais altos no que se refere a alta tenacidade e alta plasticidade do aço de alta resistência. Quer dizer, as propriedades mecânicas e o desempenho operacional podem ser significativamente aprimorados, embora mantendo um baixo custo de fabricação, de modo a reduzir a quantidade de materiais de aço usado, economizar no custo, e reduzir o próprio peso da estrutura de aço, e mais importante, para ainda aprimorar a segurança, estabilidade, durabilidade e usinabilidade a frio/quente, para favorecer diferentes ambientes de construção e satisfazer diferentes requisitos nos processos.
[0004] Atualmente, existe um clímax em pesquisa e desenvolvimento de uma nova geração de materiais de aço e ferro de alto desempenho no Japão, Coreia e União Europeia. Têm sido feitos esforços para otimizar as combinações de ligas e inovar os processos de fabricação, de forma a obter uma melhor adequação entre as estruturas, de modo que o aço de alta resistência possa ganhar uma melhor adequação entre alta tenacidade e alta plasticidade.
[0005] A chapa de aço de espessura tradicional com uma resistência à tração de mais de 590 MPa é fabricada por aquecimento e resfriamento rápido mais têmpera (RQ+T) que também é chamado de “endurecimento off-liné’, o que exige da parte central da chapa de aço para ter capacidade de endurecimento suficientemente alta, isto é, o índice de capacidade de endurecimento DI é maior ou igual a 1,0 multiplicado pela espessura da chapa de aço, em que DI = 0,311C1/2(1 + 0,64 Si)x(1 + 4,10 Mn)x(1 + 0,27 Cu)x(1 + 0,52 Ni)x(1 + 2,33 Cr)x(1 + 3,14 Mo)x25,4 (mm), de modo a assegurar que a chapa de aço tem resistência suficientemente alta, excelente tenacidade à temperatura muito baixa e microestruturas uniformes e propriedades ao longo da direção da espessura da mesma. Consequentemente, um certo número de elementos de liga como Cr, Mo, Ni, Cu são inevitavelmente adicionados ao aço (JPS59-129724, JPH1-219121). O Ni pode não somente melhorar a resistência e capacidade de endurecimento da chapa de aço, mas também reduzir a temperatura da fase de transição e afinar os tamanhos de grãos da lâmina de bainita/martensita; mais importante ainda, o Ni é o único elemento para melhorar a tenacidade à baixa temperatura intrínseca das lâminas de bainita/martensita, aumentando o ângulo de orientação entre as lâminas de bainita/martensita, e melhorando a resistência à expansão de fissuras no bainita/martensita eutética. Como, o conteúdo de liga da chapa de aço é alto, o que resulta não somente em alto custo de produção, mas também em alto carbono equivalente Ceq, e índice de sensibilidade de fissuração a frio em soldagem elevada Pcm. Isso traz grandes dificuldades para a soldagem de campo, de modo que é necessário pré-aquecimento antes da soldagem, e é necessário tratamento térmico após a soldagem, através do qual o custo de soldagem se torna maior, a eficiência de soldagem é reduzida, e o ambiente de soldagem torna-se pior. Um grande número de documentos de patentes anteriores (por exemplo, JPS63 - 93845, JPS63 - 79921, JPS60 -258410, JPH4 - 285119A, JPH4 - 308035A, JPH3 - 264614, JPH2 - 250917, JPH4 - 143246, , patente US 4855106, patente US 5183198, patente US 4137104) descrevem somente como obter a resistência e a tenacidade a baixa temperatura da chapa de aço de base, mas não como melhorar o desempenho de soldagem da chapa de aço e obter excelente tenacidade a baixas temperaturas da zona afetada pelo calor HAZ de soldagem, nem como garantir a endurecimento da parte central da placa endurecida, para garantir a resistência, tenacidade da chapa de aço e a uniformidade da resistência, tenacidade ao longo da direção da espessura da mesma.
[0006] Atualmente, em termos de aprimoramento da tenacidade a baixa temperatura da zona afetada pelo calor da soldagem (HAZ) da chapa de aço soldada com alta intensidade de calor, somente a Nippon Steel Co. do Japão emprega a tecnologia metalúrgica de óxido (patente US 4629505, documento WO 01/59167 Al), isto é, durante o processo de soldagem com alta intensidade de calor, partículas de TiN perto das linhas de fundição, se dissolvem sob o forte efeito da alta temperatura, e falham. Ti2O3 é mais estável que TiN, e não se dissolve mesmo sob temperatura superior ao ponto de fusão do aço. Partículas de TÍ2O3 podem se tornar os locais de nucleação da ferrita acicular-AF transgranular da austenita, a fim de promover a nucleação da mesma, dividir os grãos de austenita efetivamente, suavizar a estrutura HAZ, e formar estruturas de ferrita acicular de alta resistência e alta tenacidade. Além da Sumitomo Metal Co. do Japão empregar os meios técnicos de adição de B, e controlar a razão B/N maior ou igual a 0,5, baixo nível de silício, ultrabaixo alumínio, moderado conteúdo de N, a fim de resolver o problema com o desempenho de soldagem com alta intensidade de calor de chapas de aço planas de 60 kg, que obtém bons efeitos e tem sido aplicada às práticas de engenharia com êxito (Iron And Steel, 1978, Vol. 64, página 2205).
Descrição Resumida da Invenção [0007] O objetivo da presente invenção é fornecer uma chapa de aço HT550 com tenacidade muito alta e excelente soldabilidade e um método para fabricar a mesma. Através do processo TMCP, o produto da chapa de aço final tem microestruturas de ferrita fina mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão de 15 pm ou menos, resistência à deformação de 460 MPa ou maior, resistência à tração de 550MPa a aproximadamente 700MPa, razão de deformação de 0,85 ou menor, energia de impacto Charpy -60°C (um valor único) de 60J ou maior. Ao obter a combinação uniforme e excelente entre alta tenacidade e alta plasticidade, a chapa de aço pode tolerar processo de soldagem com alta intensidade de calor, e especialmente ser aplicado a estruturas de pontes oceânicas, estruturas de torres eólicas oceânicas, estruturas de plataforma offshore e estruturas de hidroelétrica, e pode concretizar a produção industrial estável de baixo custo e em lotes.
[0008] Para alcançar o objetivo mencionado acima, a solução técnica da presente invenção é a seguinte: a presente invenção emprega os meios técnicos de metalurgia: baseado em um sistema componente com C muito baixo, Mn alto, microliga Nb, tratamento Ti ultramicro, Mn/C é controlado na faixa de 15 a aproximadamente 30, (% de Si) χ (% de Ceq) é menor ou igual a 0,050, (% de C)x(% de Si) é menor ou igual a 0,010, (% de Mo)x[%de C)+0,13(% de Si)] está na faixa de 0,003 a aproximadamente 0,020, Ti/N está na faixa de 2,0 a aproximadamente 4,0, a chapa de aço é ligada com (Cu+Ni+Mo), Ni/Cu é maior ou igual a 1,0, é realizado tratamento de Ca e Ca/S está na faixa de 0,80 a aproximadamente 3,00.
[0009] Especificamente, a chapa de aço HT550 com tenacidade muito alta e excelente soldabilidade da presente invenção tem os seguintes componentes em porcentagem de peso: C: 0,04% a aproximadamente 0,09%; Si: menos que ou igual a 0,15%; Mn: 1,25% a aproximadamente 1,55%; P: menos que ou igual a 0,013%; S: menos que ou igual a 0,003%; Cu: 0,10% a aproximadamente 0,30%; Ni: 0,20% a aproximadamente 0,60%; Mo: 0,05% a aproximadamente 0,25%; Als: 0,030% a aproximadamente 0,060%; Ti: 0,006% a aproximadamente 0,014%; Nb: 0,015% a aproximadamente 0,030%; N: menos que ou igual a 0,0050%; Ca: 0,001% a aproximadamente 0,004%; o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis; e, ao mesmo tempo, o conteúdo dos elementos acima descritos devem atender às seguintes relações: em termos da relação entre C e Mn, a razão Mn/C é maior ou igual a 15 e menor ou igual a 30, de modo a assegurar que a chapa de aço assuma na região de fratura dúctil sob a condição de -60°C de temperatura, isto é, a área de cisalhamento de fenda de amostra de impacto Charpy é maior ou igual a 50%, de modo a garantir que a chapa de aço tenha excelente tenacidade à temperatura muito baixa, e -60°C de energia de impacto Charpy (valor único) de 60J ou mais.
[0010] (% de Si)x(% de Ceq) é menor que ou igual a 0,050, em que Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5, o que assegura que a chapa de aço tenha excelente soldabilidade, iniba as formações de ilhas M-A na HAZ de soldagem com alta intensidade de calor, aprimore a tenacidade à temperatura muito baixa da HAZ de soldagem com alta intensidade de calor, elimine as zonas frágeis locais das juntas de soldagem e aprimore a segurança e confiabilidade da estrutura de aço.
[0011] (% de Si)x(% de C) é menor ou igual a 0,010, o que pode aumentar a velocidade de resfriamento crítico de transição de fase de bainita, reduzir a temperatura média da região de transição de fase, aprimorar a formação da ferrita proeutetoide, aumentar a temperabilidade da austenita sem fase de transição para promover a formação de bainita, assegurar que as microestruturas da chapa de aço submetida à TMCP sejam ferrita mais bainita autotemperada, e garantir tenacidade de impacto à temperatura muito baixa da chapa de aço; e além disso, inibir a precipitação da ilha M-A na HAZ de soldagem com alta intensidade de calor, e aprimorar a soldabilidade e a tenacidade à temperatura muito baixa da HAZ de soldagem.
[0012] Os dois pontos acima garantem o excelente desempenho de soldagem da chapa de aço.
[0013] Através do processo TMCP, é obtida uma chapa de aço com resistência à deformação de 460 MPa ou mais, resistência à tração de 550 MPa a aproximadamente 700 MPa, razão de deformação de 0,85 ou menos, energia de impacto Charpy a -60°C (um valor único) de 60 J ou mais e excelente soldabilidade, que tem microestruturas de ferritas finas mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão de 15 pm ou menos.
[0014] (% de Mo)x[(% de C) + 0,13(% de Si)] está na faixa de 0,003 a aproximadamente 0,020, o que assegura que a resistência causada pela redução de C e Si é neutralizada através de adição do elemento Mo, e que através do projeto correspondente entre os elementos de C, Si e Mo, as propriedades como a resistência, plasticidade, soldabilidade e tenacidade à temperaturas muito baixas, são equilibradas, de modo que a chapa de aço pode ter excelente tenacidade à temperaturas muito baixas e soldabilidade, enquanto que a resistência e plasticidade da chapa de aço atende o objetivo de desenvolvimento, e a janela do processo subsequente é grande o suficiente para realizar a prática de campo facilmente.
[0015] A razão Ti/N está na faixa de 2,0 a aproximadamente 4,0, o que assegura que as partículas de TiN formadas são uniformes e finas, a resistência ao Ostwald Ripening é alta, e os grãos de austenita durante o processo de aquecimento e laminação da placa são uniformes e finos, o crescimento dos grãos na HAZ de soldagem é inibido, e a tenacidade à baixa temperatura da HAZ de soldagem com alta intensidade de calor é aprimorada.
[0016] Em termos da relação entre Cu e Ni, a razão Ni/Cu é maior ou igual a 1,0, o que reduz as temperaturas de Ar3, Ar1 das chapas de aço TMCP, e afina as microestruturas da mesma, e previne a placas de fragilidade ao cobre enquanto assegura a excelente tenacidade à baixa temperatura da chapa de aço de base.
[0017] A relação entre Ca e S: a razão Ca/S está na faixa de 0,80 a aproximadamente 3,0, que garante nodularização dos sulfetos no aço, e aprimora a soldabilidade com alta intensidade de calor da chapa de aço, enquanto evita a geração das fissuras a quente durante o processo de soldagem com alta intensidade de calor.
[0018] No projeto de componentes da presente invenção: [0019] C afeta significativamente a resistência, tenacidade a baixa temperatura, alongamento, e soldabilidade da chapa de aço TMCP. Do ponto de vista de aprimoramento da tenacidade à baixa temperatura e soldabilidade da chapa de aço, espera-se que o conteúdo de C deva ser controlado em um nível baixo; enquanto que do ponto de vista da temperabilidade do aço, alta tenacidade e alta plasticidade na chapa de aço, a tenacidade à temperatura muito baixa, o controle das microestruturas no processo de fabricação e o custo de fabricação, é indesejável que o conteúdo de C seja muito baixo, devido a esse conteúdo de C muito baixo tende a resultar em taxa de migração limite de cristal muito alta, grãos grosseiros na chapa de aço de base e HAZ de soldagem, através disso degradando seriamente a tenacidade à baixa temperatura da mesma; dessa forma, a faixa razoável do conteúdo de C é de 0,04% a aproximadamente 0,09%.
[0020] O Si pode promover a desoxidação do aço fundido e melhorar a resistência da chapa de aço, mas para o aço fundido que é desoxidado por Al, o efeito desoxidativo de Si não é significativo. Embora o Si possa melhorar a resistência da chapa de aço, o Si também prejudica seriamente a tenacidade à temperatura muito baixa, alongamento e soldabilidade da chapa de aço, especialmente, no caso de soldagem com alta intensidade de calor, o Si pode não somente promover a formação de ilhas de M-A, mas também produz o tamanho das grosseiras ilhas de M-A, mais, e distribuídos de forma irregular, o que prejudica seriamente a tenacidade da solda afetada pelo calor (HAZ) de soldagem. Dessa forma o conteúdo de Si deve ser o mais baixo possível. Levando-se em conta a economia e funcionalidade durante o processo de produção de aço, o conteúdo de Si deve ser controlado abaixo de 0,15%.
[0021] Mn, como o elemento mais importante, tem, além de aprimorar a resistência da chapa de aço, também tem efeitos de alargamento da região de fase de austenita, reduzindo as temperaturas de Ar1 e Ar3 , afinar as microestruturas da chapa de aço TMCP de modo a aprimorar a tenacidade à baixa temperatura, e promover a formação da estrutura de transição de fase a baixa temperatura de modo a aprimorar a resistência da chapa de aço; mas o Mn tende a se separar durante a solidificação do aço derretido, e especialmente, quando o conteúdo de Mn é alto, ele pode não somente resultar nas dificuldades na operação de fundição, mas também a segregação conjugada com C, P, S, etc., especialmente quando o teor de C no aço é alto, ele pode produzir a segregação e o desprendimento das partes centrais do fundido e o acúmulo das inclusões de sulfeto de oxigênio mais graves. Graves segregações das partes centrais dos fundidos podem tender a formar estruturas anormais na laminação subsequente e processos de soldagem, o que pode resultar em menor tenacidade à baixa temperatura e fissuras nas juntas soldagem das chapas de aço. Consequentemente, dependendo da faixa do conteúdo de C, a seleção para uma faixa adequada de Mn é muito importante para a chapa de aço TMCP. De acordo com o sistema componente e teor de C da presente invenção, o teor adequado de Mn é na faixa de 1,25% a aproximadamente 1,55%, e quando o teor de C é alto, o teor de Mn pode ser apropriadamente reduzido; ao contrário, quando o teor de C é baixo, o teor de Mn pode ser apropriadamente aumentado.
[0022] P, como a impureza nociva no aço, tem efeitos tremendamente nocivos sobre as propriedades mecânicas, especialmente na tenacidade ao impacto em temperatura muito baixa, alongamento e soldabilidade (especialmente a soldabilidade com alta intensidade de calor) e o desempenho da junta de soldagem, e dessa forma, teoricamente, quanto menor o teor do mesmo, melhor. No entanto, considerando a operabilidade e o custo da produção de aço, o teor de P deve ser controlado abaixo ou igual a 0,013% para a chapa de aço TMCP que necessita de soldagem com alta intensidade de calor, tenacidade a -60°C e excelente compatibilidade entre alta tenacidade e alta plasticidade.
[0023] S, como a impureza nociva no aço, tem efeito muito nocivo sobre a tenacidade ao impacto em temperatura muito baixa do aço e, mais importante que isso, S se combina com Mn para formar impureza MnS, que pode se estender ao longo da direção de laminação devido a sua plasticidade durante o processo de laminação a quente, e formar banda de impureza MnS ao longo da direção de laminação, danificando seriamente a tenacidade ao impacto em baixa temperatura, alongamento, propriedades de orientação Z, soldabilidade e propriedades da junta de soldagem. Ao mesmo tempo, o S é também o elemento principal para gerar fragilidade a quente durante o processo de laminação a quente e, teoricamente, quanto menor o conteúdo do mesmo, melhor. No entanto, considerando a operabilidade, custo da produção de aço, o princípio de logísticas sem problemas, o teor de S deve ser controlado abaixo ou igual a 0,003% para as chapas de aço TMCP que necessitam de soldagem com alta intensidade de calor, tenacidade a -60°C e excelente compatibilidade entre alta tenacidade e alta plasticidade.
[0024] Cu também é um elemento para estabilização da austenita. A adição de Cu também pode reduzir as temperaturas de Ari e Ar3 , melhorar a resistência à temperabilidade e às intempéries da chapa de aço, afinar as microestruturas da chapa de aço TMCP, e melhorar a tenacidade à temperatura muito baixa da mesma. No entanto, muito Cu, por exemplo, mais de 0,30%, pode causar fragilidade ao cobre, superfície de craqueamento do enegrecimento da fundição (casting blacking), fissuras internas e especialmente a degradação das propriedades das juntas de soldagem da chapa de aço grossa; muito pouco Cu, por exemplo, menor que 0,10%, pode ter alguns efeitos. Dessa forma, o conteúdo de Cu deve ser controlado na faixa de 0,10% a aproximadamente 0,30%. Além de reduzir a fragilidade do cobre do aço contendo Cu e suavizar o craqueamento intercristalino durante o processo de laminação a quente, ainda mais importante, devido ao fato de que Cu e Ni são elementos para estabilização de austenita, a adição de ambos, Cu e Ni pode reduzir de forma significativa as temperaturas Ari e Ar3 e melhorar a força motriz para a transição da austenita para ferrita, para fazer com que a austenita mude de fase sob baixas temperaturas, afine significativamente a microestrutura da chapa de aço TMCP, aumente o ângulo de orientação entre o torno de bainita, aprimore a resistência para expandir as fissuras na bainita eutética, através disso melhora a tenacidade à temperatura muito baixa da chapa de aço TMCP.
[0025] A adição de Ni pode aprimorar a mobilidade de deslocamento de fases da ferrita, promover o deslocamento de escorregamento com desvio (dislocation cross slip) e melhorar a plasticidade intrínseca e a tenacidade do grão de ferrita e lâminas de bainita (bainite lathes); além de, Ni, como um elemento para estabilização da austenita, pode reduzir significativamente as temperaturas de Ar1 e Ar3 e aprimorar a força motriz para a transição da austenita para ferrita de modo a induzir a austenita a alterar fases sob temperaturas mais baixas, afinar significativamente a microestrutura da chapa de aço TMCP, aumentar o ângulo de orientação entre as lâminas de bainita, aprimorar a resistência a expansão de fissuras na bainita eutética, através disso aprimorar significativamente a tenacidade à temperatura muito baixa da chapa de aço TMCP. Dessa forma, o Ni tem a função de melhorar simultaneamente a resistência ao alongamento, e tenacidade a baixa temperatura da chapa de aço TMCP. A adição de Ni no aço também pode reduzir a fragilidade do cobre do aço contendo Cu, aliviar o craqueamento intercristalino durante o processo de laminação a quente, e aprimorar a temperabilidade e a resistência a intempéries da chapa de aço. Teoricamente falando, quanto mais alto o conteúdo de Ni no aço, melhor. Mas muito Ni pode endurecer a zona afetada pelo calor, e ser nocivo para a soldabilidade da chapa de aço e às propriedades SR das juntas de soldagem; ao mesmo tempo, o Ni é um elemento caro, e considerando a eficiência de custo, o teor de Ni deve ser controlado na faixa de 0,20% a aproximadamente 0,60%.
[0026] A adição de Mo pode melhorar significativamente a capacidade de endurecimento da chapa de aço, e promover a formação de bainita durante resfriamento rápido. No entanto, Mo, como um elemento para a formação de carboneto forte, também pode aumentar o tamanho da bainita eutética e reduzir a diferença de orientação entre os tornos de bainita formados, de modo a diminuir a resistência das fissuras que passam através das bainitas eutéticas. Portanto, Mo aprimora significativamente a resistência da chapa de aço temperada, ao mesmo tempo que reduz a tenacidade à baixa temperatura e alongamento da chapa de aço TMCP. Além disso, muito Mo pode não somente danificar seriamente o alongamento, soldabilidade com alta intensidade de calor e propriedades das juntas de soldagem da chapa de aço, mas também aumentar o custo de fabricação da mesma. Mas é de alta eficiência adicionar Mo e reduzir o conteúdo de C para equilibrar a alta tenacidade e alta plasticidade, melhorar a tenacidade à temperatura muito baixa e a soldabilidade. Então, considerando de modo abrangente os efeitos no fortalecimento da transição de fase, a tenacidade à baixa temperatura da chapa de aço base, o alongamento e a soldabilidade de Mo e os fatores de custo, o conteúdo de Mo deve ser controlado na faixa de 0,05% a 0,25%.
[0027] Als no aço pode tornar o [N] livre estável no mesmo e reduzir o [N] livre na zona afetada pelo calor de soldagem (ZAC), através disso melhorando a tenacidade à baixa temperatura na HAZ de soldagem. Consequentemente, o limite inferior de Als é controlada em 0,030%. No entanto, Als excessivo no aço pode resultar não somente em dificuldades na fundição, mas também em um grande número de impurezas de Al2O3 aciculares dispersas, que são nocivas à integridade endoplasmática, à tenacidade à baixa temperatura e à soldabilidade com alta intensidade, dessa forma o limite de teto de Als deve ser controlado em 0,060%.
[0028] O conteúdo de Ti está na faixa de 0,006% a aproximadamente 0,014%, o que inibe o crescimento excessivo dos grãos de austenita nos processos de aquecimento da placa e laminação a quente; e, de maneira mais importante, inibe o crescimento dos grãos de HAZ durante o processo de soldagem, e aprimora a tenacidade de HAZ. Em segundo lugar, devido à afinidade entre Ti e N ser muito maior do que a afinidade entre Al e N, quando o Ti está sendo adicionado, é preferencial que o N seja combinado com o Ti para formar partículas de TiN dispersas, que reduzem significativamente o [N] livre na zona afetada pelo calor de soldagem (HAZ), através disso melhorando a tenacidade à baixa temperatura na HAZ de soldagem.
[0029] A adição de um traço de Nb no aço é para realizar a laminação controlada sem recristalização, de modo a aprimorar a resistência e a tenacidade da chapa de aço. Quando o conteúdo de Nb é menor que 0,015%, os efeitos sobre a laminação controlada não são alcançados e a capacidade de reforçar a chapa de aço TMCP é insuficiente. Quando o conteúdo de Nb é maior que 0,030%, a formação de bainita (Bu) e a fragilização de precipitação secundária de Nb (C, N) são induzidas sob a condição de soldagem com alta intensidade de calor, o que pode prejudicar seriamente a tenacidade à baixa temperatura da zona afetada pelo calor de soldagem (HAZ) com alta intensidade de calor. O conteúdo de Nb deve ser controlado na faixa de 0,015% a 0,030%, de modo a ter os efeitos de laminação controlada otimizada, perceber a correspondência entre a alta tenacidade e alta plasticidade da chapa de aço TMCP, ao mesmo tempo não sendo prejudicial à tenacidade de HAZ de soldagem.
[0030] O conteúdo de N no aço é difícil de se controlar. A fim de garantir a existência de solução sólida [B] na chapa de aço e prevenir muita precipitação de AlN ao longo dos limites do grão de austenita original (o que é prejudicial à tenacidade ao impacto da chapa de aço), o conteúdo de N na chapa de aço não é maior que 0,005%.
[0031] O Ca no aço pode, por um lado, purificar ainda o aço fundido, e por outro lado, realizar o tratamento de desnaturação nos sulfetos no aço para alterar os mesmos para esferas finas de sulfeto, estáveis e não deformáveis, inibir a fragilidade de S ao calor, melhorar a tenacidade à baixa temperatura, as propriedades de alongamento e orientação Z e melhorar a anisotropia da tenacidade da chapa de aço. A quantidade de Ca adicionada no aço, depende do conteúdo de S. O conteúdo de Ca excessivamente baixo tem poucos efeitos; o Ca excessivamente alto pode formar Ca (O, S) com tamanho excessivamente grande e fragilidade maior, o que pode se tornar pontos de partida das fissuras, reduzir a tenacidade à baixa temperatura e alongamento da chapa de aço e contaminar o aço fundido, através disso diminuindo o grau de pureza do aço. Em geral, o conteúdo de Ca deve ser controlado de acordo com a equação: ESSP = (%, em peso, de Ca)[1-1,24 (%, em peso, de S)]/1,25(%, em peso, de S), em que ESSP é o índice de controle da forma de impurezas de sulfeto, que é melhor na faixa de 0,5 a aproximadamente 5. Dessa forma, a faixa adequada do conteúdo de Ca é de 0,0010% a aproximadamente 0,0040%.
[0032] O método para fabricar a chapa de aço HT550 com tenacidade muito alta e excelente soldabilidade da presente invenção, compreende as seguintes etapas: 1) fundição e moldagem; em que uma placa é fabricada por fundição e moldagem de acordo com os componentes descritos acima; 2) aquecimento; em que a temperatura de aquecimento da placa é controlada na faixa de 1050°C a aproximadamente 1150°C. 3) laminação controlada com a razão de compressão total, isto é, a espessura da placa/espessura final da chapa de aço maior ou igual a 4,0; em que o primeiro estágio é o estágio de laminação bruta, em que uma laminação contínua é realizada pela capacidade máxima do cilindro com a redução de passagem maior ou igual a 8%, redução total de 50% e temperatura de laminação final maior ou igual a 1000°C; após a laminação bruta, a placa intermediária é resfriada rapidamente por resfriamento de água forçada, a fim de assegurar que a placa intermediária reduza a temperatura de laminação inicial necessária pela laminação controlada pela não recristalização em um tempo menor ou igual a 10 min, para evitar que a placa intermediária não forme cristais, e garanta que as microestruturas da placa de aço sejam finas e uniformes, de modo a obter tenacidade a temperaturas muito baixas de -60°C; no segundo estágio, a operação de laminação controlada sem recristalização é realizada com uma temperatura de laminação inicial de 780°C a aproximadamente 840°C, uma redução de laminação em cada passagem maior ou igual a 7%, redução total maior ou igual a 50% e a temperatura de laminação final de 760°C a aproximadamente 800°C. 4) resfriamento controlado; imediatamente após a laminação controlada, a chapa de aço é levada para um dispositivo de resfriamento acelerado para ser resfriada, com uma temperatura de resfriamento de 690°C a aproximadamente 730°C, uma temperatura de resfriamento maior ou igual a 6°C/s, uma temperatura de resfriamento final de 350°C a aproximadamente 600°C e, em seguida, a temperatura da superfície da chapa de aço é mantida maior que 300°C por pelo menos 24 horas.
[0033] No método de fabricação, de acordo com a faixa de conteúdo de C, Mn, Nb, N e Ti mencionada acima, a temperatura para aquecimento da placa é controlada na faixa de 1050°C a aproximadamente 1150°C, de modo a garantir que os grãos de austenita da placa não cresçam de forma anormal, ao mesmo tempo que todo o Nb no aço seja solúvel no sólido na austenita durante o aquecimento da placa;
[0034] A razão de compressão total da chapa de aço (a espessura da placa/espessura da placa de aço final) maior ou igual a 4,0 assegura que a deformação de laminação ocorra mesmo no núcleo da chapa de aço, de modo a melhorar a microestrutura e desempenho da parte central da mesma.
[0035] O primeiro estágio é o estágio de laminação bruta, em que uma laminação contínua é realizada pela capacidade máxima do cilindro com a redução de passagem maior ou igual a 8%, redução total de 50% e temperatura de laminação final maior ou igual a 1000°C, a fim de assegurar que os metais deformados sejam submetidos à recristalização dinâmica/estática e os grãos de austenita da placa intermediária sejam afinados;
[0036] Após a laminação bruta, a placa intermediária é rapidamente resfriada por água de resfriamento forçada, de modo a assegurar que a placa intermediária reduza à temperatura de laminação inicial exigida pela laminação controlada sem recristalização em um tempo menor ou igual a 10 min.
[0037] O segundo estágio é o estágio de laminação controlada sem recristalização com uma laminação inicial de 780°C a aproximadamente 840°C, uma redução de laminação em cada passagem maior ou igual a 7%, redução total maior ou igual a 50% e uma temperatura de laminação final de 760°C a aproximadamente 800°C, de acordo com a faixa de conteúdo de Nb acima no aço, e assegurar o efeito de laminação controlada sem recristalização.
[0038] Após a laminação controlada, a chapa de aço é resfriada até uma temperatura de refrigeração, por imersão em uma mesa de laminação, com a temperatura de refrigeração inicial de 690°C a aproximadamente 730°C, uma temperatura de resfriamento de 350°C a aproximadamente 600°C e, em seguida, a temperatura da superfície da chapa de aço é mantida maior que 300°C por pelo menos 24 horas, de modo a garantir que a chapa de aço seja resfriada nas regiões de fases de ferrita e austenita e as microestruturas finais sejam ferrita fina mais bainita autotemperada, de modo a alcançar a razão de deformação menor ou igual a 0,85.
[0039] Os benefícios da presente invenção são, através do projeto simples de combinação de componentes juntamente com o processo de fabricação TMCP, a presente invenção pode não apenas fabricar chapa de aço TMCP com excelente desempenho completo com um baixo custo, como também reduzir o tempo de fabricação significativamente, de modo a criar grande valor para as empresas e produzir o processo de fabricação mais amigável ao ambiente. O alto desempenho e alto valor adicional da chapa de aço são incorporados tendo uma excelente combinação entre a alta tenacidade e alta plasticidade, excelente soldabilidade (especialmente a soldabilidade com alta intensidade de calor) e tenacidade à temperatura muito baixa, na eliminação da região frágil local das juntas de soldagem, e também na resolução do problema com o desempenho não uniforme ao longo da direção da espessura da chapa de aço TMCP, de modo que a segurança, estabilidade e antifadiga da estrutura de aço grande e pesada sejam altamente aprimoradas. Para os usuários, a excelente soldabilidade pode economizar no custo e reduzir o tempo para fabricar os membros do aço, e dessa forma criam um grande valor para os usuários. Em adição ao alto valor adicional e efeitos que respeitem o ambiente, essas chapas de aço formam uma das principais técnicas de fabricação e, dessa forma, promovem a imagem e a competitividade da BAOSHAN IRON & STEEL CO., LTD.
Breve Descrição das Figuras [0040] A Figura 1 apresenta as microestruturas do aço 3 (1/4 da espessura) de acordo com uma realização da presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção [0041] Desse ponto em diante, uma descrição adicional da presente invenção será dada em conjunto com as realizações e figuras.
[0042] A Tabela 1 mostra os componentes do aço nas realizações da presente invenção, as Tabela 2 e 3 apresentam os parâmetros do processo para a fabricação do aço para nas realizações, e a Tabela 4 apresenta as propriedades do aço nas realizações da presente invenção.
[0043] Conforme mostrado na Figura 1, as microestruturas finais da chapa de aço na presente invenção são ferrita fina mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão de 15 pm ou menos.
[0044] Através do projeto simples de combinação de componentes juntamente com o processo de fabricação TMCP, a presente invenção pode não apenas fabricar chapa de aço TMCP com excelente desempenho completo com um baixo custo, como também reduzir o tempo de fabricação significativamente, de modo a criar grande valor para as empresas e produzir o processo de fabricação mais amigável ao ambiente. O alto desempenho e alto valor adicional da chapa de aço são incorporados tendo uma excelente combinação entre a alta tenacidade e alta plasticidade, excelente soldabilidade (especialmente a soldabilidade com alta intensidade de calor) e tenacidade à temperatura muito baixa, na eliminação da região frágil local das juntas de soldagem, e também na resolução do problema com o desempenho não uniforme ao longo da direção da espessura da chapa de aço TMCP, de modo que a segurança, estabilidade e antifadiga da estrutura de aço grande e pesada sejam altamente aprimoradas. Para os usuários, a excelente soldabilidade pode economizar no custo e reduzir o tempo para fabricar os membros do aço, e dessa forma criam um grande valor para os usuários.
[0045] As chapas de aço da presente invenção são os principais materiais usados, principalmente usados para estrutura de ponte marítima, estrutura de torres eólicas oceânicas, estrutura de plataforma offshore e energia hidroelétrica. A chapas de aço produzidas pela maioria das usinas siderúrgicas na China (exceto BAOSHAN IRON & STEEL CO., LTD.) não atendem a todos os requisitos para tenacidade à temperatura muito baixa, especialmente para tenacidade à temperatura muito baixa de -50°C das partes centrais das chapas de aço com uma espessura de mais de 80 mm, e elas têm uma grande área da região frágil local das juntas de soldagem, que tem altos requisitos no processo de soldagem no campo e gestão da construção. Além disso, o período de trabalho de fabricação da estrutura de aço não pode atender aos requisitos sobre as programações de projetos variados, o que força os usuários a encomendar um determinado número de chapas de aço com antecedência para realizar um conjunto completo de avaliação de processo de soldagem e teste de adaptabilidade de processo de soldagem depositada, pelo qual o prazo de fabricação das estruturas de aço é prolongado e o custo de produção permanece alto.
[0046] Com o desenvolvimento da economia na China, a construção da sociedade harmoniosa e voltada para conservação, a construção de projetos de infraestrutura e o desenvolvimento de energia limpa foram colocados na agenda. Atualmente, a construção de projetos de infraestrutura e o desenvolvimento de energia limpa estão ainda em curso, portanto, os principais materiais da mesma — chapas de aço TMCP de HT550 com tenacidade muito alta e excelente soldabilidade, têm ampla perspectivas de comercialização.
Tabela 1 Unidade: Porcentagem de Peso Tabela 2 Tabela 3 Tabela 4 Reivindicações

Claims (2)

1. CHAPA DE AÇO HT550, com tenacidade alta e excelente soldabilidade, possuindo os seguintes componentes em porcentagem de peso: C: 0,04% a 0,09%; Si: < 0,15%; Mn: 1,25% a 1,55%; P: < 0,013%; S: <0,003%; Cu: 0,10% a 0,30%; Ni: 0,20% a 0,60%; Mo: 0,05% a 0,25%; Als: 0,030% a 0,060%; Ti: 0,006% a 0,014%; Nb: 0,015% a 0,030%; N: <0,0050%; Ca: 0,001% a 0,004%; o remanescente sendo Fe e impurezas inevitáveis; caracterizado por, simultaneamente, os conteúdos dos elementos descritos acima satisfaçam as seguintes relações: a relação entre C e Mn: a razão Mn/C é maior ou igual a 15 e menor ou igual a 30; (% de Si) x (% de Ceq) é menor ou igual a 0,050, em que Ceq = C + Mn/6 + (Cu + Ni)/15 + (Cr + Mo + V)/5; (% de Si) x (% de C) é menor ou igual a 0,010; (% de Mo) x [(% de C) + 0,13 (% de Si)] está na faixa de 0,003 a 0,020; a razão Ti/N está na faixa de 2,0 a 4,0; a relação entre Cu e Ni: Ni/Cu é maior ou igual a 1,0; a relação entre Ca e S: a razão Ca/S está na faixa de 0,80 a 3,0; a chapa de aço que possui resistência à deformação de 460 MPa ou mais, resistência à tração de 550 MPa a 700 MPa, razão de deformação de 0,85 ou menos, energia de impacto Charpy a -60°C de 60 J ou mais, e as microestruturas da mesma sendo ferritas finas mais bainita autotemperada com um tamanho médio de grão menor ou igual a 15 pm.
2. MÉTODO PARA FABRICAR A CHAPA DE AÇO HT550, com tenacidade alta e excelente soldabilidade, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas: 1) fundição e moldagem; em que uma placa é formada por fundição e moldagem de acordo com os componentes descritos acima; 2) aquecimento; em que a temperatura de aquecimento da placa é controlada na faixa de 1050°C a 1150°C; 3) laminação controlada com a razão de compressão total, isto é, a espessura da placa para a espessura final da chapa de aço maior ou igual a 4,0; em que um primeiro estágio é um estágio de laminação bruta, isto é, um estágio de laminação de recristalização, em que uma laminação contínua é realizada pela capacidade máxima do laminador com a redução de passagem maior ou igual a 8%, redução total de 50% e temperatura de laminação final maior ou igual a 1000°C; após a laminação bruta, a placa intermediária é rapidamente resfriada por água de resfriamento forçada, de modo a assegurar que a placa intermediária reduza ao início da temperatura de laminação exigida pela laminação controlada sem recristalização em um tempo menor ou igual a 10 min; no segundo estágio, a operação de laminação controlada sem recristalização é realizada com uma temperatura de laminação inicial de 780°C a 840°C, uma redução de laminação em cada passagem maior ou igual a 7%, redução total maior ou igual a 50% e a temperatura de laminação final de 760°C a 800°C; 4) resfriamento controlado; após a laminação controlada, a chapa de aço é resfriada a uma temperatura de resfriamento inicial girando sobre uma mesa de rolos, com a temperatura de resfriamento inicial de 690°C a 730°C, de modo a assegurar que a chapa de aço seja resfriada nas regiões de ferrita e fases de austenita, e as microestruturas finais são ferrita fina mais bainita autotemperada, e com uma temperatura de resfriamento maior ou igual a 6°C/s, uma temperatura de resfriamento de parada de 350°C a 600°C e, em seguida, a temperatura da superfície da chapa de aço é mantida a mais de 300°C por pelo menos 24 horas; e a chapa de aço final possuindo resistência à deformação de 460 MPa ou mais, a resistência à tração de 550 Mpa a 700 MPa, razão de deformação de 0,85 ou menos, energia de impacto Charpy a -60°C de 60J ou mais, e as microestruturas da mesma sendo ferritas finas mais bainita autotemperada com um tamanho de grão médio menor ou igual a 15 pm.
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