BR112015027901B1 - método para o processamento de uma placa de aço - Google Patents
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Abstract
resumo patente de invenção: "aço de alta resistência exibindo boa ductibilidade e método para a produção através de tratamento com calor in-line a jusante do banho de zinco fundido". aço de alta resistência e de boa maleabilidade é produzido com composições e métodos para a formação de micro estrutura austenítica e martensítica no aço. carbono, manganês, molibdênio, níquel, cobre e cromo podem promover a formação da austenita estável (ou meta estável) em temperatura ambiente através de mecanismos tais com o abaixamento da temperatura de transformação, com relação aos constituintes não martensíticos, e/ou o aumento da capacidade de endurecimento do aço. os ciclos térmicos utilizando um resfriamento rápido abaixo da temperatura de inicio da martensita seguido por reaquecimento pode promover a formação de austenita estável em temperatura ambiente através de permitir a difusão do carbono para dentro da austenita a partir da martensita.
Description
(54) Título: MÉTODO PARA O PROCESSAMENTO DE UMA PLACA DE AÇO (51) Int.CI.: C21D 8/02; C21D 9/46; C23C 2/02; C23C 2/06; C22C 38/00; (...).
(30) Prioridade Unionista: 17/05/2013 US 61/824,699; 17/05/2013 US 61/824,643.
(73) Titular(es): AK STEEL PROPERTIES, INC..
(72) Inventor(es): GRANT AARON THOMAS; JOSE MAURO B. LOSZ.
(86) Pedido PCT: PCT US2014038364 de 16/05/2014 (87) Publicação PCT: WO 2014/186689 de 20/11/2014 (85) Data do Início da Fase Nacional: 05/11/2015 (57) Resumo: RESUMO Patente de Invenção: AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA EXIBINDO BOA DUCTIBILIDADE E MÉTODO PARA A PRODUÇÃO ATRAVÉS DE TRATAMENTO COM CALOR IN-LINE A JUSANTE DO BANHO DE ZINCO FUNDIDO. Aço de alta resistência e de boa maleabilidade é produzido com composições e métodos para a formação de micro estrutura austenítica e martensítica no aço. Carbono, manganês, molibdênio, níquel, cobre e cromo podem promover a formação da austenita estável (ou meta estável) em temperatura ambiente através de mecanismos tais com o abaixamento da temperatura de transformação, com relação aos constituintes não martensíticos, e/ou o aumento da capacidade de endurecimento do aço. Os ciclos térmicos utilizando um resfriamento rápido abaixo da temperatura de inicio da martensita seguido por reaquecimento pode promover a formação de austenita estável em temperatura ambiente através de permitir a difusão do carbono para dentro da austenita a partir da martensita.
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA O PROCESSAMENTO DE UMA PLACA DE AÇO. [0001] O presente Pedido de Patente reivindica prioridade do
Pedido de Patente provisório No de Série 61/824.699, intitulado “HighStrength Steel Exhibiting Good Ductility and Method of Production via In-Line Partitioning Treatment Downstream of Molten zinc Bath,” depositado em 17 de maio de 2013; e do Pedido de Patente provisório serial N° 61/824.643, intitulado “High-Strength Steel Exhibiting Good Ductility and Method of Production via In-Line Partitioning Treatment by Zinc Bath,” depositado em 17 de maio de 2013. As descrições dos Pedidos de Patente Nos de Série 61/824/699 e 61/ 824.643 ficam incorporadas aqui, neste pedido de patente por referência.
ANTECEDENTES [0002] É desejável a produção e aços com alta resistência e boas características de maleabilidade. No entanto, a produção comercial de aços que exibam essas características tem sido difícil devido a fatores como a conveniência de adições relativamente baixas de liga e limitações nas capacidades de processamento térmico de linhas de produção industriais. A presente invenção se refere a composições de aço e a métodos de processamento para a produção de aço com a utilização de processos de galvanização e de galvanização por têmpera (HDG) de tal forma que o aço resultante exiba uma alta resistência e uma maleabilidade a frio.
SUMÁRIO [0003] O aço atual é produzido com a utilização e uma composição e um processo HDG modificado os quais juntos produzem uma microestrutura resultante que consiste de geralmente martensita e austenita (entre outros constituintes). Para conseguir uma microestrutura, a composição inclui determinadas adições de formação de liga e o processo HDG inclui determinadas modificações do
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2/26 processo, todas as quais são pelo menos parcialmente relacionadas ao acionamento da transformação da austenita para martensita seguida por uma estabilização parcial da austenita em temperatura ambiente.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0004] As figuras que acompanham , que ficam incorporadas na e que constituem parte deste relatório, ilustram modalidades, e junto com a descrição geral dada acima, e a descrição detalhada das modalidades dada abaixo, servem para explicar os princípios da presente descrição.
[0005] A figura 1 representa uma visão esquemática de um perfil de temperatura HDG com uma etapa de partição executada depois da galvanização/ galvanização por têmpera.
[0006] A Figura 2 representa uma visão esquemática de um perfil de temperatura HDG com uma etapa de partição executada durante a galvanização/ galvanização por têmpera.
[0007] A Figura 3 representa um gráfico de uma modalidade com a dureza Rockwell plotada contra a taxa de resfriamento.
[0008] A Figura 4 representa um gráfico de outra modalidade com a dureza Rockwell plotada contra a taxa de resfriamento.
[0009] A Figura 5 representa um gráfico de outra modalidade com a dureza Rockwell plotada contra a taxa de resfriamento.
[00010] A Figura 6 representa seis microfotografias da modalidade da Fig. 3 tomadas a partir de amostras sendo resfriadas em diversas velocidades de resfriamento.
[00011] A Figura 7 representa seis microfotografias da modalidade da Fig. 4 tomadas a partir de amostras sendo resfriadas em diversas velocidades de resfriamento.
[00012] A Figura 8 representa seis microfotografias da modalidade da Fig. 5 tomadas a partir de amostras sendo resfriadas em diversas
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3/26 velocidades de resfriamento.
[00013] A Figura 9 representa um gráfico de dados de tração como uma função da temperatura de austenitização com relação a varias modalidades.
[00014] A Figura 10 representa um gráfico de dados de tração como uma função da temperatura de austenitização com relação à varias modalidades.
[00015] A Figura 11 representa um gráfico de dados de tração como uma função da temperatura de tempera por imersão com relação á várias modalidades.
[00016] A Figura 12 representa um gráfico de dados de tração como uma função da temperatura de tempera por imersão com relação á várias modalidades.
DESCRIÇÃO DETALHADA [00017] A Fig. 1exibe uma representação esquemática do ciclo térmico usado para ser conseguida uma alta resistência e uma maleabilidade a frio em uma placa de aço que tenha uma determinada composição química (descrita em maior detalhe abaixo). Especificamente, a Fig. 1, exibe um perfil térmico típico de galvanização por imersão quente ou galvanização por recozimento (10) com as modificações no processo mostradas com a linhas tracejadas. Em uma modalidade, o processo de um modo geral envolve a austenitização seguida por um resfriamento rápido até uma temperatura de tempera por imersão especificada, para a transformação parcial da austenita para martensita, e a manutenção em uma temperatura elevada, uma temperatura especifica, para permitir que o carbono se difunda para fora da martensita e para dentro da austenita restante, estabilizando dessa forma a austenita em temperatura ambiente. Em algumas modalidades, o perfil térmico mostrado na Fig. 1 pode ser usado com linhas de produção de
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4/26 galvanização e de galvanização por imersão quente continua convencional, embora essa linha de produção não seja exigida.
[00018] Como pode ser observada na Fig. 1, a placa de aço é primeiro aquecida até uma temperatura pico de metal (12). A temperatura pico do metal (12) no exemplo ilustrado é mostrada como sendo de pelo menos acima da temperatura de transformação da austenita (A1) (como por exemplo, a fase dupla, austenita + região da ferrita). Dessa forma, na temperatura pico de metal (12), pelo menos u a parte do aço será transformada em austenita. Embora a Fig. 1 mostre a temperatura pico de metal (12) como sendo somente acima de A1=, deve ser entendido que em algumas modalidades a temperatura pico do metal também pode incluir temperaturas acima da temperatura na qual a ferrita se transforma completamente para a austenita (A3) (como por exemplo, a fase unida, região da austenita).
[00019] Em seguida, a placa de aço é submetida a um resfriamento rápido. À medida que a placa de aço é resfriada, algumas modalidades podem incluir uma rápida interrupção no resfriamento para a galvanização ou a galvanização por têmpera. Em modalidades nas quais a galvanização é usada, a placa de aço pode manter brevemente uma temperatura constante (14) devido ao calor a partir do banho de galvanização com o zinco fundido. Ainda em outras modalidades, um processo de galvanização por têmpera pode ser usado e a temperatura da placa de aço pode ser ligeiramente elevada para uma temperatura de galvanização por têmpera (16) em que o processo de galvanização por têmpera possa ser executado. Embora em outras modalidades, o processo de galvanização ou de galvanização por têmpera possa ser omitido inteiramente e a placa de aço possa ser resfriada de forma contínua.
[00020] O resfriamento rápido da placa de aço é mostrado como continuando abaixo da temperatura de partida da martensita (Ms) com
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5/26 relação à placa de aço até uma temperatura de têmpera por imersão predeterminada (18). Deve ser entendido que a taxa de resfriamento para Ms pode ser alta o bastante para a transformação de pelo menos uma parte da austenita formada na temperatura de pico de metal 12) em martensita. Em outras palavras a taxa de resfriamento pode ser rápida o bastante para a transformação da austenita em martensita ao invés dos constituintes de não martensita tais como a ferrita, pearlita ou bainitita que se transformam em velocidades de resfriamento relativamente mais baixas.
[00021] Como é mostrado na Fig. 1, a temperatura de tempera por imersão (18) é abaixo da Ms. A diferença entre a temperatura de têmpera por imersão (18) e a Ms pode variar dependendo da composição individual da placa de aço que está sendo usada. No entanto, em muitas modalidades, a diferença entre a temperatura de têmpera por imersão (18) e a Ms pode ser suficientemente grande para a formação de uma quantidade adequada de martensita para atuar como uma fonte de carbono para estabilizar a austenita e impedir a criação de martensita excessivamente fresca por ocasião do resfriamento final. Além disso, a temperatura de têmpera por imersão (18) pode ser suficientemente alta para impedir o consumo de muita austenita durante a têmpera inicial (como por exemplo, para impedir que o enriquecimento excessivo de carbono da austenita seja maior do que aquele necessário para a estabilização da austenita com relação a uma determinada modalidade).
[00022] Um muitas modalidades a temperatura de têmpera (18) pode variar a partir de cerca de 191°C até cerca de 281°C, embora essa limitação não seja necessária. Além disso, a temperatura de tempera (18) pode ser calculada com relação a uma determinada composição de aço. Para um tal cálculo, a temperatura de têmpera (18) corresponde á austenita retida que tenha uma temperatura Ms de
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6/26 temperatura ambiente depois da partição. Os métodos para o cálculo da temperatura de têmpera (18) são conhecidos na técnica e estão descritos em J. G. Speer, A. M. Streicher, D. K. Matlock, F. Rizzo, and G. Krauss, “Quenching And Partitioning: A Fundamentally New Process to Create High Strength Trip Sheet Microstructures,” Austenite Formation and Decomposition, pp. 505-522, 2003; e A. M. Streicher, J. G. J. Speer, D. K. Matlock e B. C. De Cooman, “Quenching and Partitioning Response of a Si-Added TRIP Sheet Steel,” in Proceedings of the International Conference on Advanced High Strength Sheet Steels for Automotive Applications, 2004, o assunto dos quais fica incorporado aqui, neste pedido de patente por referencia.
[00023] A temperatura de têmpera (18) pode ser suficientemente baixa (com relação a Ms) para a formação de uma quantidade adequada de martensita atuar como uma fonte de carbono para estabilizar a austenita e impedir a criação excessiva de martensita “fresca” na ocasião da têmpera final. Alternativamente, a temperatura de têmpera (18) pode ser suficientemente alta para impedir o consumo de muita austenita durante a têmpera inicial e criando uma situação na qual o enriquecimento potencial do carbono da austenita retida é maior do que aquele necessário para a estabilização da austenita em temperatura ambiente. Em algumas modalidades, uma temperatura de têmpera (18) adequada pode corresponder à da austenita retida que tenha uma temperatura Ms de temperatura ambiente depois da partição. Speer e Streicher et al., (acima) proveram cálculos que proporcionam orientações para a exploração de opções de processamento que posam resultar em micro estruturas desejáveis. Esses cálculos presumem uma partição total idealizada, e podem ser executados através da aplicação da relação dupla Koistinen Marburger (KM) (fm = 1 -c 11; |,|; ) - primeiro à têmpera inicial para a
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7/26 temperatura de têmpera (18) e em seguida a têmpera final em temperatura ambiente (como também descrito abaixo). A temperatura Ms na expressão KM pode ser calculada com a utilização de fórmulas empíricas com base na química da austenita (tal como aquela da expressão linear de Andrew bem conhecida na técnica):
Ms(°C) = 539 - 423C - 30.4Mn - 7.5Si + 30 Al [00024] O resultado do calculo descrito por Speer et al. pode indicar uma temperatura de têmpera (18) que pode levar a uma quantidade máxima de austenita retida. Com relação a temperaturas de têmpera (18) acima da temperatura que tem uma quantidade máxima de austenita retida, frações significativas de austenita estão presentes depois da têmpera inicial; no entanto, não há martensita bastante para atuas como uma fonte de carbono para a estabilização dessa austenita. Por esse motivo, com relação às temperaturas de têmpera mais altas, quantidades crescentes de martensita “fresca” se formam durante a têmpera final. Com relação às temperaturas de têmpera abaixo da temperatura que tem uma quantidade máxima de austenita retida, uma quantidade não satisfatória de austenita pode ser consumida durante a têmpera inicial e pode haver uma quantidade em excesso de carbono que pode se dividir a partir da martensita.
[00025] Uma vez que a temperatura de têmpera (18) é alcançada, a temperatura da placa de aço ou é aumentada com relação á temperatura de têmpera ou é mantida na temperatura de têmpera durante um determinado período de tempo. Especificamente, esta etapa pode ser referida como a etapa de partição. Nessa etapa, a temperatura da placa de aço é pelo menos mantida na temperatura de têmpera para permitir a difusão do carbono a partir da martensita formada durante o resfriamento rápido e para dentro de qualquer austenita remanescente. Essa difusão pode permitir que a austenita remanescente ficasse estável (ou meta estável) em temperatura
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8/26 ambiente, melhorando dessa forma as propriedades mecânicas da placa de aço.
[00026] Em algumas modalidades, a placa de aço pode ser aquecida acima de Ms até uma temperatura de partição relativamente alta (20) e em seguida ser mantida na temperatura de partição alta (20). Uma variedade de métodos pode ser utilizada para o aquecimento da placa de aço durante esta etapa. Somente a título de exemplo, a placa de aço pode ser aquecida com a utilização de aquecimento por indução, aquecimento com maçarico, e/ou semelhantes. Alternativamente, em outras modalidades, a placa de aço pode ser aquecida, porém para uma temperatura diferente de partição mais baixa (22) que está ligeiramente abaixo da Ms. A placa de aço pode ser em seguida mantida da mesma forma em uma temperatura de partição mais baixa (22) durante um determinado período de tempo. Em ainda uma terceira modalidade alternativa, outra temperatura alternativa de partição (24) pode ser usada quando a placa de aço é meramente mantida na temperatura de têmpera. Por certo, qualquer outra temperatura de partição adequada pode ser usada, como se tornará aparente daquelas pessoas versadas na técnica em vista dos ensinamentos aqui, neste pedido de patente.
[00027] Depois que a placa de aço tenha alcançado a temperatura de partição desejada (20, 22, 24), a placa de aço é mantida na temperatura de partição desejada (20, 22, 24) durante um período de tempo suficiente para permitir a partição do carbono a partir da martensita para a austenita. A placa de aço pode em seguida ser resfriada para a temperatura ambiente.
[00028] A Fig. 2 mostra uma modalidade alternativa do ciclo térmico descrito acima com relação à Fig. 1 (com um ciclo térmico típico de galvanização/ têmpera por imersão mostrado com uma linha cheia (40) e o afastamento a partir do típico mostrados com uma linha
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9/26 pontilhada). Especificamente, da mesma forma como no processo da Fig. 1, a placa de aço é primeiro aquecida até a temperatura de pico do metal (42). A temperatura de pico do metal (42) na modalidade ilustrada é mostrada como sendo de pelo menos acima de A1. Desse modo, na temperatura de pico do metal (42), pelo menos uma parte da placa de aço será transformada para austenita. Por cento, tal como o processo da Fig. 1, a presente modalidade também pode incluir uma temperatura de pico do metal em excesso de A3.
[00029] Em seguida, a placa de aço pode ser rapidamente submetida à têmpera (44). Deve ser entendido que a têmpera (44) pode ser rápida o bastante para iniciar a transformação de alguma da austenita formada na temperatura de pico do metal (42) em martensita, evitando dessa forma a transformação excessiva dos constituintes que não a martensita tais como a ferrita, pearlita, banita, e/ou semelhantes.
[00030] A têmpera (44) pode em seguida ser cessada em uma temperatura de têmpera (46). Tal como no processo da Fig. 1, a temperatura de têmpera (46) fica abaixo de Ms. Por certo, a quantidade abaixo de Ms pode variar dependendo do material usado. No entanto, como descrito acima, em muitas modalidades a diferença entre a temperatura de têmpera (46) e Ms pode ser suficientemente grande para a formação de uma quantidade adequada de martensita e ainda ser suficientemente baixa para impedir o consumo de muita austenita.
[00031] A placa de aço é em seguida reaquecida em sequência (48) até uma temperatura de partição (50, 52). Ao contrario do processo da Fig. 1, a temperatura de partição (50, 52) na presente modalidade pode ser caracterizada através da temperatura do banho de zinco da galvanização ou do galvanização por têmpera (se a galvanização ou o galvanização por têmpera for usado dessa forma). Por exemplo, em
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10/26 modalidades nas quais a galvanização é usada, a placa de aço pode ser reaquecida até a temperatura do banho de galvanização (50), e em seguida mantida na mesma temperatura durante a duração do processo de galvanização. Durante o processo de galvanização, a partição pode ocorrer da mesma forma como a partição descrita acima. Dessa forma, a temperatura do banho de galvanização (50) também pode funcionar como a temperatura de partição (50). Da mesma forma, em modalidades nas quais a galvanização é usada, o processo pode ser substancialmente o mesmo com a exceção de uma temperatura de banho/ partição mais alta.
[00032] Finalmente, a placa de aço é permitida resfriar (54) para a temperatura ambiente em que pelo menos alguma da austenita pode ficar estável (ou meta-estável) a partir da etapa de partição descrita acima.
[00033] Em algumas modalidades a placa de aço pode incluir determinadas adições para a formação de ligas para o aumento da propensão da placa de aço em formar uma microestrutura primariamente austenítica e martensítica e/ou para melhorar as propriedades mecânicas da placa de aço. As composições adequadas da placa de aço podem incluir um ou mais do que se segue, em percentagem em peso: 0,15 a 0,4% de carbono, 1,5 a 4% de manganês, 0 a 2% de silício ou alumínio ou alguma combinação dos mesmos, 0 a 0,5% de molibdênio, 0 a 0,05% de nióbio, outros elementos incidentais e o restante sendo ferro.
[00034] Além disso, em outras modalidades as composições adequadas da placa de aço podem incluir um ou mais do que se segue, em percentagem em peso: 0,15 a 0,5% de carbono, 1 a 3% de manganês, 0 a 2% de silício ou alumínio ou alguma combinação dos mesmos, 0 a 0,5% de molibdênio, de 0 a 0,05% de nióbio, outros elementos incidentais, e o restante sendo ferro. Além disso, outras
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11/26 modalidades podem incluir adições de vanádio e/ou de titânio em adição a, ou no lugar do nióbio, embora essas adições sejam inteiramente opcionais.
[00035] Em algumas modalidades, o carbono pode ser utilizado para a estabilização da austenita. Por exemplo, um aumento de carbono pode baixar a temperatura Ms, baixar as temperaturas de transformação com relação a outros constituintes que não a martensita (como por exemplo, ferrita, pearlita), e aumentar o tempo exigido para a formação de produtos que não de martensita. Adicionalmente, as adições de carbono podem aumentar a capacidade de endurecimento do material, retendo desse modo a formação de constituintes que não de martensita próximo ao núcleo do material quando as velocidades de resfriamento possam ser localmente deprimidas. No entanto, deve ser entendido que as adições de carbono podem ser limitadas na medida em que as adições significativas de carbono podem levar a efeitos prejudiciais com relação à capacidade de soldagem.
[00036] Em algumas modalidades, o manganês pode proporcionar uma estabilização adicional da austenita através do abaixamento da temperatura de transformação dos outros constituintes não martensíticos, como descrito acima. O manganês também pode melhorar a propensão da placa de aço para a formação de uma microestrutura primária austenítica e martensítica através do aumento da capacidade de endurecimento.
[00037] Em outras modalidades, o molibdênio pode ser usado para o aumento da capacidade de endurecimento.
[00038] Em outras modalidades, a silício e/ou o alumínio podem ser providos para a redução da formação de carbonetos. Deve ser entendido que uma redução na formação de carbonetos pode ser desejável em algumas modalidades devido a que presença de carbonetos pode diminuir os níveis de carbono disponíveis para a
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12/26 difusão dentro da austenita. Dessa forma, a adição de silício e/ou de alumínio pode ser usada para o aumento da estabilização da austenita em temperatura ambiente.
[00039] Em algumas modalidades, níquel, cobre e cromo podem ser usados para estabilizar a austenita. Por exemplo, esses elementos podem levar a uma redução na temperatura Ms. Além disso, o níquel, cobre e o cromo podem ainda aumentar a capacidade de endurecimento da placa de aço.
[00040] Em algumas modalidades, o nióbio (ou outro elementos de micro formação de liga, tais como o titânio, vanádio, e/ou os semelhantes) pode ser usado para o aumento das propriedades mecânicas da placa de aço. Por exemplo, o nióbio pode aumentar a resistência da placa de aço através da limitação da pinagem de grão a partir da formação de carboneto.
[00041] Em outras modalidades, podem ser feitas variações nas concentrações dos elementos e dos elementos específicos selecionados. Por certo, quando essas variações são feitas, deve ser entendido que essas variações podem ter um efeito desejável ou não desejável sobre a microestrutura da placa de aço e/ou das propriedades mecânicas de acordo com as propriedades descritas acima para cada adição para a formação de liga determinada. EXEMPLO 1 [00042] Modalidades da placa de aço foram feitas com as composições descritas na Tabela 1 abaixo.
[00043] Os materiais foram processados em equipamentos de laboratório de acordo com os parâmetros que se seguem. Cada amostra foi submetida a tratamentos Gleeble 1500 com a utilização de garras de cunha resfriadas e dispositivo de mandíbula de bolso. As amostras foram austenizadas a 110°C e em seguida resfriadas para a temperatura ambiente em várias velocidades de resfriamento entre 1 a
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100°C/ segundo.
Tabela 1 - Composição química em % em peso.
(1a parte)
ID | Descrição | Al | C | Co | Cr | Cu | Mn | Mo |
V4037 | Material de Laboratório | 1.41 | 0.19 | - | 0.01 | <0.003 | 1.54 | <0.003 |
V4038 | Material de Laboratório | 1.29 | 0.22 | - | 0.20 | <0.003 | 1.68 | <0.003 |
V4039 | Material de Laboratório | <0.003 | 0.20 | <0.002 | 0.01 | <0.002 | 2.94 | <0.002 |
(2a parte)
ID | Descrição | Nb | Ni | P | Si | Sn | Ti | V | W | |
V403 | Material | de | <0.00 | <0.00 | <0.00 | 0.1 | <0.00 | 0.0 | <0.00 | |
7 | Laboratório | 3 | 3 | 3 | 1 | 3 | 1 | 3 | ||
V403 | Material | de | 0.02 | <0.00 | 0.02 | 0.0 | <0.00 | 0.0 | <0.00 | |
8 | Laboratório | 3 | 1 | 3 | 1 | 3 | ||||
V403 | Material | de | 0.00 | <0.00 | 0.00 | 1.5 | <0.00 | 0.0 | <0.00 | 0.0 |
9 | Laboratório | 2 | 7 | 2 | 1 | 2 | 0 |
EXEMPLO 2 [00044] A dureza Rockwell de cada uma das composições de aço descritas no Exemplo 1 e na Tabela 1 acima foi tomada sobre a superfície de cada uma das amostras. Os resultados dos testes estão exibidos em gráficos nas Figuras de 3 a 5, com a dureza Rockwell plotada como uma função da taxa de resfriamento. A média de pelo menos sete medições é mostrada com relação a cada ponto de dados. As composições V4037, V4038 e V4039 correspondem às figuras 3, 4 e 5, respectivamente.
EXEMPLO 3 [00045] Microfotografias óticas em luz foram tomadas no sentido longitudinal através da direção da espessura próximo ao centro de cada uma das amostras com relação a cada uma das composições do Exemplo 1. Os resultados desses testes estão mostrados nas Figuras de 6 a 8. As composições V4037, V4038 e V4039 correspondem as
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Figuras 6, 7 e 8, respectivamente. Além disso, as Figuras de 6 a 8 contêm seis microfotografias para cada composição com cada microfotografia representando uma amostra submetida a uma taxa de resfriamento diferente.
EXEMPLO 4 [00046] Uma taxa de resfriamento critica para cada uma das composições do Exemplo 1 foi calculada com a utilização dos dados dos Exemplos 2 e 3 de acordo com o procedimento descrito aqui, neste pedido de patente. A velocidade critica de resfriamento aqui, neste pedido de patente, se refere à taxa de resfriamento necessária para a formação da martensita e para minimizar a formação de produtos de transformação não martensíticos. Os resultados desses testes são como se segue:
V4037: 70°C/ segundo
V4038: 75°C/ segundo
V4039: 7°C/ segundo
EXEMPLO 5 [00047] Modalidades da placa de aço foram feitas com as composições mostradas na Tabela 2 abaixo.
[00048] Os materiais foram processados através de fusão, laminação a quente, e laminação a frio. Os materiais foram em seguida submetidos aos testes descritos em maior detalhe abaixo nos Exemplos 6 e 7. Todas as composições relacionadas na Tabela 2 foram destinadas para serem usadas no processo descrito acima com relação à Fig. 2, com a exceção do V4039 que foi destinado para ser usado com o processo descrito acima com relação à Fig. 1. Calor da V4039 teve uma composição que foi destinada a prover uma capacidade de endurecimento mais alta como exigido pelo perfil térmico descrito acima com relação à Fig. 1. Como um resultado, a V4039 foi submetida à têmpera a 600°C durante 2 horas em 100% de
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15/26 atmosfera de H2 depois da laminação a quente, porem antes da laminação a frio. Todos os materiais foram reduzidos durante a laminação a frio em cerca de 75% para 1 mm. Os resultados com relação a alguns das composições de materiais descritos na Tabela 2 depois da laminação a quente e da laminação a frio estão mostrados nas Tabelas 3 e 4, respectivamente.
Tabela 2 - Composições químicas em 5 em peso
Calor | Descrição | C | Mn | Si | Al | Mo | Cr | Nb | B | |
V4037 | Material Lab. | 0,1 9 | 1,5 4 | 0,11 | 1,41 | 0 | 0,009 | 0 | 0,000 7 | |
V1307 | Material Lab | 0,1 9 | 1,5 3 | 1,48 | 0,041 | 0 | 0 | 0 | 0,000 5 | |
V4063 | Material Lab | 0,1 9 | 1,6 | 0,11 | 1,34 | 0 | 0,003 | 0 | 0,000 7 | |
V4038 | Material Lab | 0,2 2 | CO — σ> | 0,00 7 | 1,29 | 0 | 0,2 | 0,021 | 0,000 8 | |
V4039 | Material Lab | 0,2 | 2,9 4 | 1,57 | <0,03 0 | <0,00 2 | 0,005 | 0,002 | N/R | |
V1305 | Material Lab | 0,2 | 2,9 4 | 1,57 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,000 6 | |
V4107 | Material Lab | 0,1 8 | 4,0 3 | 1,63 | 0,005 | 0 | 0 | 0 | 0,000 8 | |
V4108 | Material Lab | 0,1 8 | 5,0 6 | 1,56 | 0,004 | 0 | 0 | 0 | 0,000 9 | |
V4060 | Material Lab | 0,4 | 1,2 | 1,97 | 0,003 | 0 | 0,19 | 0,007 | 0,000 5 | |
V4061 | Material Lab | 0,4 1 | 1,2 | 0,98 | 0,003 | 0 | 0,003 | 0 | 0,000 4 | |
V4062 | Material Lab | 0,3 9 | 1,1 8 | 0,01 2 | 1,16 | 0 | 0,003 | 0 | 0,000 7 |
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 22/40
16/26
V4078- 1 | Material Lab | 0,2 | 1,6 7 | 0,1 | 1,41 | 0,28 | 0,003 | <0,00 3 | 0,000 7 | |
V4078- 2 | Material Lab | 0,2 | 1,6 7 | 0,1 | 1,41 | 0,27 | <0,00 3 | 0,051 | 0,000 7 | |
V4078- 1 | Material Lab | 0,1 9 | 1,9 4 | 0,09 8 | 1,43 | <0,00 3 | <0,00 3 | <0,00 3 | 0,000 7 | |
V4078- 2 | Material Lab | 0,1 9 | 1,9 6 | 0,09 9 | 1,41 | <0,00 3 | <0,00 3 | 0,051 | 0,000 7 |
Tabela 3 - Dados de Tração - pós-laminação a quente (1a parte)
Calor | YPE (%) | YS Sup. | YS mais baixo | Rend. força desvio 0,2% | |||
MPa | ksi | ||||||
MPa | ksi | MPa | ksi | ||||
V4063 | 0 | N/A | N/A | N/A | N/A | 375 | 54 |
0 | N/A | N/A | N/A | N/A | 380 | 55 | |
V4039* | 0 | N/A | N/A | N/A | N/A | 640 | 93 |
V4039* (tempera) | 0 | N/A | N/A | N/A | N/A | 603 | 88 |
V4060 | 0,6 | 645 | 94 | 637 | 92 | 633 | 92 |
0,5 | 610 | 89 | 605 | 88 | 611 | 89 | |
V4061 | 0 | N/A | N/A | N/A | 0 | 496 | 72 |
0 | N/A | N/A | N/A | 0 | 507 | 74 | |
V4062 | 1,1 | 507 | 74 | 501 | 73 | 506 | 73 |
0,7 | 505 | 73 | 502 | 73 | 502 | 73 | |
V4078-1 | 0,8 | 427 | 62 | 416 | 60 | 425 | 62 |
V4078-2 | 0,6 | 525 | 76 | 519 | 75 | 525 | 76 |
V4049-1 | 1,8 | 364 | 53 | 361 | 52 | 361 | 52 |
V4079-2 | 1,2 | 497 | 72 | 481 | 70 | 489 | 71 |
(2a parte)
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 23/40
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Calor | UT MPa | S ksi | Alongamento total (2”) | Alongamento uniforme % | Dureza HRA |
V4063 | 652 | 95 | 26 | 15 | 53 |
648 | 94 | 26 | 15 | 53 | |
V4039* | 1085 | 157 | 14 | 9 | 67 |
V4039* (tempera) | 748 | 109 | 20 | 10 | 61 |
V4060 | 883 | 128 | 20 | 11 | 63 |
876 | 127 | 22 | 12 | 61 | |
V4061 | 790 | 115 | 22 | 11 | 60 |
799 | 116 | 20 | 11 | 60 | |
V4062 | 712 | 103 | 26 | 12 | 60 |
713 | 103 | 24 | 12 | 57 | |
V4078-1 | 594 | 86 | 32 | 18 | 51 |
V4078-2 | 685 | 99 | 21 | 15 | 56 |
V4049-1 | 544 | 79 | 30 | 17 | 48 |
V4079-2 | 639 | 93 | 24 | 13 | 52 |
Tabela 4 - Dados de tração - Pós-laminação a frio.
Calor | Rend. força desvio 0,2% | UTS | Alongamento total (2”) % | Alongamento uniforme % | Dureza HRA | ||
MPa | ksi | MPa | ksi | ||||
V4037 | 927 | 134 | 971 | 141 | 4,8 | 1,4 | 64 |
V4063 | 1046 | 152 | 1101 | 160 | 2,4 | 1,3 | 65 |
V4038 | 1001 | 145 | 1054 | 153 | 5,5 | 1,6 | 65 |
V4039 | 1149 | 167 | 1216 | 176 | 4,4 | 1,5 | 68 |
V4060 | 1266 | 184 | 1393 | 202 | 5,4 | 1,9 | 69 |
V4061 | 1187 | 172 | 1279 | 186 | 4,3 | 1,7 | 68 |
V4062 | 1111 | 161 | 1185 | 172 | 4,3 | 1,7 | 66 |
V4078-1 | 1047 | 152 | 1105 | 160 | 3,6 | 1,4 | 65 |
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 24/40
18/26
V4078-2 | 1154 | 167 | 1209 | 175 | 4,2 | 1,4 | 66 |
V4079-1 | 932 | 135 | 975 | 141 | 4,6 | 1,4 | 64 |
V4079-2 | 1034 | 150 | 1078 | 156 | 3,9 | 1,3 | 66 |
EXEMP | LO 7 |
[00049] As composições do Exemplo 5 foram submetidas á dilatometria de Gleeble. A dilatometria de Gleeble foi executada em vácuo com a utilização de amostras de 101,6 x 25,4 x 1 mm com um medidor de tensão -c medindo a dilatação na direção de 25,4 mm. Os diagramas foram gerados a partir da dilatação vs. temperatura resultante. Os segmentos da linha foram ajustados aos dados de dilatação e o ponto no qual os dados de dilatação se desviaram a partir do comportamento linear foi tomado como a temperatura de transformação de interesse (como por exemplo, Xi, A3, Ms). As temperaturas de transformação resultantes estão tabuladas na Tabela 5.
[00050] Os métodos de Gleeble também foram usados para a medição da taxa de resfriamento critica com relação a cada uma das composições do Exemplo 5. O primeiro método utilizou a dilatometria de Gleeble, como descrito acima. O segundo método utilizou instrumentos de dureza Rockwell. Especificamente, depois que as amostras foram submetidas aos testes de Gleeble em uma faixa de velocidades de resfriamento, as medições da dureza de Rockwell foram tomadas. Por esse motivo, as medições de dureza de Rockwell foram tomadas com relação a cada composição de material com uma medição de dureza com relação a uma faixa de velocidades de resfriamento. Em seguida foi feita uma comparação entre as medições de dureza de Rockwell, com relação a uma determinada composição em cada uma das velocidades de resfriamento. Os desvios da dureza de Rockwell de 2 pontos HRA foram considerados significativos. A velocidade critica de resfriamento para evitar a transformação do
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 25/40
19/26 produto não martensítico foi tomada como a taxa de resfriamento mais alta com relação a qual a dureza foi mais baixa do que 2 pontos HRA do que a dureza máxima. As velocidades de resfriamento críticas resultantes também estão tabuladas na Tabela 5, com relação algumas das composições relacionadas no Exemplo 5.
Tabela 5 - Temperaturas de transformação e taxa de resfriamento crítica a partir da dilatometria de Gleeble.
Calor | Ai (°C) | A3 (°C) | Ms (°C) | Vel. critica resfriamento (°C/s) | |
Dilatometria Gleeble | Gleeble/ Dureza | ||||
V4037 | 737 | 970 | 469 | Não conclusiva | 65 |
V4063 | 720 | 975 | 425 | 70 | - |
V4038 | 791 | 980 | 441 | - | 65 |
V4039 | 750 | 874 | 394 | <10 | 6 |
V4060 | 725 | 975 | 325 | 30 | - |
V4061 | 675 | 900 | 325 | 40 | 55 |
V4062 | 700 | 975 | 375 | 30 | - |
V4078-1 | 750 | 925 | 450 | 40 | 55 |
V4078-2 | 790 | 980 | 425 | 40 | - |
V4079-1 | 800 | 1000 | 430 | 40 | - |
V4079-2 | 750 | 990 | 425 | 40 | - |
EXEMPLO 8 [00051] As composições do exemplo 5 foram usadas para o calculo da temperatura de têmpera e uma quantidade máxima a teórica de austenita retida. Os cálculos foram realizados com a utilização do método de Speer et al., descrito acima. Os resultados dos cálculos estão tabulados abaixo na Tabela 6 com relação a algumas das composições relacionadas no Exemplo 5.
Tabela 6 - Temperatura de têmpera e quantidade máxima teórica de austenita retida.
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Calor | QT (°C) | f(Y) Máximo teórico |
V4037 | 281 | 0,15 |
V4063 | 278 | 0,15 |
V4038 | 270 | 0,18 |
V4039 | 203 | 0,2 |
V4060 | 191 | 0,35 |
V4061 | 196 | 0,36 |
V4062 | 237 | 0,31 |
V4078-1 | 276 | 0,16 |
V4078-2 | 276 | 0,16 |
V4079-1 | 273 | 0,16 |
V4079-2 | 272 | 0,16 |
EXEMPLO 9 [00052] As amostras das composições do Exemplo 5 foram submetidas aos perfis térmicos mostrados nas Figuras 1 e 2 com a temperatura de pico do metal e a temperatura de têmpera vaiada entre as amostras de uma determinada composição. Como descrito acima, somente a composição V4039 foi submetida ao perfil térmico mostrado na Fig. 1, enquanto que todas as outras composições foram submetidas ao ciclo térmico mostrado na Fig. 2. Com relação a cada uma das amostras foram tomadas as medições de resistência á tração. As medições de resistência à tração estão plotadas nas Figuras de 9 a 12. Especificamente, as Figuras de 9 e 10 exibem os dados da resistência á tração plotados contra a temperatura de austenitização e as Figs. 11 e 12 exibem os dados da resistência à tração plotadas contra a temperatura de têmpera. Além disso, quando os ciclos térmicos foram executados com a utilização dos métodos de Gleeble, esses pontos de dados são marcados com “Gleeble”. De modo similar, quando os ciclos térmicos foram executados com a utilização de um banho de sal, esses pontos de dados são indicados
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21/26 como “sal”.
[00053] Além disso, as medições de tração similares com relação a cada uma das composições relacionadas no Exemplo 5 (quando disponíveis) estão tabularas da Tabela 7, mostrada abaixo. Os tempos e as temperaturas de partição estão mostrados somente a titulo de exemplo, em outras modalidades os mecanismos tais como a partição de carbono e/ou a transformação de fase) ocorrem durante o aquecimento e o resfriamento não isotérmico para ou a partir da temperatura de partição declarada que também pode contribuir com relação às propriedades finais do material.
Tabela 7 - Dados de tração, pós-partição.
Calor | Pico Temp Metal (°C) | Temp. de temper a (°C) | Temp. de partiçã o (°C) | Temp o de part. (s) | 0,2% Prod. resist | Ultim a resis. tração | Alongament o total (%) | TE x UTS (Mpa x %) |
V1307 | 800 | 250 | 466 | 30 | 419 | 818 | 27 | 22,42 4 |
800 | 250 | 466 | 30 | 416 | 807 | 28 | 22,34 5 | |
850 | 250 | 466 | 30 | 553 | 862 | 25 | 21,80 5 | |
850 | 250 | 466 | 30 | 535 | 847 | 25 | 21,33 6 | |
900 | 250 | 466 | 30 | 548 | 854 | 24 | 20,14 4 | |
800 | 250 | 400 | 30 | 445 | 898 | 22 | 19,67 5 | |
900 | 250 | 466 | 30 | 566 | 856 | 23 | 19,59 4 |
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22/26
800 | 250 | 400 | 30 | 432 | 889 | 22 | 19,47 8 | |
V4060 | 800 | 160 | 466 | 15 | 746 | 1317 | 23 | 29,63 0 |
800 | 200 | 466 | 15 | 716 | 1332 | 19 | 25,30 9 | |
800 | 250 | 466 | 15 | 718 | 1403 | 18 | 25,11 5 | |
800 | 200 | 466 | 15 | 632 | 1309 | 19 | 24,74 6 | |
800 | 250 | 466 | 15 | 701 | 1379 | 18 | 24,40 7 | |
800 | 160 | 466 | 15 | 845 | 1311 | 18 | 23,98 6 | |
850 | 250 | 466 | 15 | 891 | 1291 | 18 | 23,74 9 | |
850 | 250 | 466 | 15 | 735 | 1223 | 19 | 23,72 9 | |
V4037 | 850 | 300 | 466 | 15 | 443 | 657 | 32 | 20,76 3 |
921 | 200 | 466 | 30 | 325 | 612 | 34 | 20,63 3 | |
850 | 250 | 466 | 15 | 405 | 696 | 30 | 20,54 3 | |
921 | 300 | 466 | 30 | 380 | 591 | 34 | 20,09 0 | |
921 | 356 | 466 | 30 | 386 | 592 | 34 | 20,07 8 | |
921 | 400 | 466 | 30 | 388 | 588 | 34 | 19,93 7 |
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 29/40
23/26
940 | 200 | 466 | 30 | 362 | 598 | 33 | 19,90 6 | |
850 | 200 | 466 | 15 | 427 | 687 | 28 | 19,02 2 | |
940 | 200 | 466 | 30 | 353 | 592 | 32 | 18,98 9 | |
980 | 200 | 466 | 30 | 341 | 612 | 31 | 18,89 7 | |
900 | 300 | 466 | 15 | 493 | 727 | 26 | 18,76 7 | |
850 | 200 | 466 | 15 | 447 | 702 | 27 | 18,60 0 | |
850 | 300 | 466 | 15 | 404 | 678 | 27 | 18,43 5 | |
980 | 200 | 466 | 30 | 347 | 611 | 30 | 18,38 7 | |
940 | 200 | 466 | 30 | 330 | 548 | 33 | 18,25 3 | |
980 | 200 | 466 | 30 | 345 | 612 | 29 | 17,93 9 | |
V4038 | 850 | 300 | 466 | 15 | 481 | 754 | 26 | 19,53 6 |
918 | 400 | 466 | 30 | 377 | 681 | 27 | 18,46 1 | |
918 | 286 | 466 | 30 | 357 | 695 | 26 | 18,34 8 | |
918 | 200 | 466 | 30 | 363 | 697 | 26 | 18,19 3 | |
918 | 300 | 466 | 30 | 354 | 696 | 26 | 17,94 9 |
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 30/40
24/26
850 | 300 | 466 | 15 | 457 | 773 | 23 | 17,77 7 | |
V4039 | 800 | 250 | 400 | 60 | 821 | 1299 | 15 | 19,22 5 |
800 | 250 | 400 | 60 | 821 | 1298 | 15 | 18,94 5 | |
900 | 250 | 400 | 60 | 923 | 1273 | 15 | 18,59 3 | |
850 | 250 | 400 | 60 | 874 | 1278 | 14 | 18,14 2 | |
900 | 250 | 400 | 60 | 913 | 1258 | 14 | 17,98 4 | |
V4060 | 800 | 160 | 466 | 15 | 746 | 1317 | 23 | 29,63 0 |
800 | 200 | 466 | 15 | 716 | 1332 | 19 | 25,30 9 | |
800 | 250 | 466 | 15 | 718 | 1403 | 18 | 25,11 5 | |
800 | 200 | 466 | 15 | 632 | 1309 | 19 | 24,74 6 | |
800 | 250 | 466 | 15 | 701 | 1379 | 18 | 24,40 7 | |
800 | 160 | 466 | 15 | 845 | 1311 | 18 | 23,98 6 | |
850 | 250 | 466 | 15 | 891 | 1291 | 18 | 23,74 9 | |
850 | 250 | 466 | 15 | 735 | 1223 | 19 | 23,72 9 | |
800 | 200 | 466 | 30 | 942 | 1319 | 17 | 22,42 2 |
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 31/40
25/26
850 | 200 | 466 | 15 | 695 | 1222 | 16 | 19,07 0 | |
V4061 | 750 | 250 | 466 | 15 | 553 | 985 | 20 | 19,90 2 |
750 | 250 | 466 | 15 | 581 | 918 | 21 | 18,99 6 | |
V4062 | 750 | 200 | 466 | 15 | 478 | 813 | 23 | 18,77 8 |
750 | 250 | 466 | 15 | 480 | 816 | 22 | 17,94 4 | |
750 | 200 | 466 | 15 | 536 | 790 | 23 | 17,93 6 | |
V4107 | 850 | 250 | 400 | 60 | 776 | 1382 | 13 | 17,82 4 |
V4108 | 900 | 250 | 400 | 60 | 923 | 1642 | 11 | 17,40 1 |
850 | 250 | 400 | 60 | 952 | 1620 | 11 | 17,33 7 | |
V4078 -1 | 850 | 300 | 466 | 15 | 448 | 783 | 24 | 19,01 6 |
850 | 300 | 466 | 15 | 492 | 761 | 24 | 17,88 8 | |
V4078 -2 | 900 | 250 | 466 | 30 | 713 | 843 | 21 | 17,94 6 |
850 | 300 | 466 | 15 | 689 | 859 | 20 | 17,52 5 | |
850 | 300 | 466 | 15 | 671 | 871 | 20 | 17,50 3 |
[00054] Será entendido que varias modificações podem ser feitas com relação a esta invenção sem que se afastem do espirito e do
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 32/40
26/26 âmbito da mesma. Por esse motivo, os limites desta invenção devem ser determinados a partir das reivindicações em anexo.
Petição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 33/40
1/2
Claims (4)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para o processamento de uma placa de aço compreendendo os seguintes elementos em percentagem em peso;0,15 a 0,4% de carbono;1,5 a 4% de manganês;
- 2% ou menos de silício, alumínio ou de alguma combinação dos mesmos;0,5% ou menos de molibdênio;0,05% ou menos de nióbio; e o restante sendo ferro e outras impurezas incidentais;o referido método sendo caracterizado pelo fato de que compreende:(a) aquecer a placa de aço até uma primeira temperatura (T1), em que T1 é pelos menos acima da temperatura na qual a placa de aço se transforma em austenita e ferrita;(b) resfriar a placa de aço até uma segunda temperatura (T2) através de resfriamento em uma taxa de resfriamento, em que T2 é abaixo da temperatura de inicio da martensita (Ms), em que a taxa de resfriamento é suficientemente rápida para transformar austenita em martensita;(c) submeter a placa de aço a galvanização por imersão quente ou a galvanização por têmpera enquanto a placa de aço está sendo resfriada até T2;(d) reaquecer a placa de aço até uma temperatura de partição, em que a temperatura de partição é suficiente para permitir a difusão do carbono dentro da estrutura da placa de aço;(e) estabilizar a austenita através da manutenção da placa de aço na temperatura de partição durante um tempo de retenção, em que o tempo de retenção é de um período de tempo suficiente para permitir a difusão do carbono a partir da martensita para a austenita; ePetição 870190099388, de 04/10/2019, pág. 34/402/2 (f) resfriar a placa de aço até a temperatura ambiente.2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a galvanização por imersão quente ou a galvanização por têmpera ocorre acima de Ms.
- 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura de partição está acima de Ms.
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