BR112015032684B1

BR112015032684B1 - Junta soldada a ponto, conjunto de duas folhas de aço, método para produzir uma junta soldada a ponto, parte estrutural e veículo

Info

Publication number: BR112015032684B1
Application number: BR112015032684-6A
Authority: BR
Inventors: Astrid Perlade; Samuel Vignier; Frédéric KEGEL; Artem Arlazarov
Original assignee: Arcelormittal Investigación Y Desarrollo S.L.
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2021-04-27
Also published as: RU2647425C2; US20160167157A1; CA2916632C; MA38696A1; CN105408513B; KR20160035015A; CA2916632A1; ES2645731T3; EP3052672A2; JP2016531200A; WO2015011547A3; JP6396461B2; EP3052672B1; WO2015011510A9; US20190193187A1; US10272514B2; KR101797408B1; RU2016106169A; WO2015011510A1; PL3052672T3

Abstract

junta soldada a ponto, conjunto de duas folhas de aço, método para produzir uma junta soldada a ponto, parte estrutural e veículo. trata-se de uma junta soldada a ponto de pelo menos duas folhas de aço, em que pelo menos uma das folhas de aço apresenta limite de escoamento superior ou igual a 600 mpa, uma resistência à tração final superior ou igual a 1.000 mpa, alongamento uniforme superior ou igual a 15%. a composição química de metal de base compreende 0,05 ? c ? 0,21%, 4,0 ? mn ? 7,0%, 0,5 ? al ? 3,5%, si ? 2,0%, ti ? 0,2%, v ? 0,2%, nb ? 0,2%, p ? 0,025%, b ? 0,0035%, e a junta soldada a ponto contém uma microestrutura de zona fundida que contém mais do que 0,5% de al e que contém uma fração de superfície de áreas segregadas menor do que 1%, sendo que as ditas áreas segregadas são zonas maiores do que 20 ?m² e contêm mais do que o teor de fósforo nominal de aço.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma junta soldada a ponto de pelo menos duas folhas de aço, em que pelo menos uma das folhas de aço apresenta limite de escoamento superior ou igual a 600 MPa, uma resistência à tração final superior ou igual a 1.000 MPa, alongamento uniforme superior ou igual a 15%.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Na indústria automotiva em particular, há uma necessidade contínua para tornar veículos mais leves e aumentar a segurança com o uso e unindo-se aços leves ou aços que apresentam alta resistência à tração para compensar menor espessura. Desse modo, várias famílias de aços como aqueles mencionados abaixo que oferecem vários níveis de resistência foram propostas.

[003] Em primeiro lugar, aços foram propostos que têm elementos de microformação de liga cujo endurecimento é obtido simultaneamente por precipitação e por refinamento do tamanho de grão. O desenvolvimento de tais aços foi seguido por aqueles de maior resistência denominados Aços Avançados de Alta Resistência que mantêm níveis satisfatórios de resistência junto com formabilidade a frio satisfatória.

[004] Para o propósito de obter níveis de resistência à tração ainda maiores, aços que exibem comportamento de TRIP (plasticidade induzida por transformação) com combinações altamente vantajosas de propriedades (resistência à tração/deformabilidade) foram desenvolvidas. Essas propriedades são associadas à estrutura de tais aços, que consiste em uma matriz ferrítica que contém bainita e austenita residual. A austenita residual é estabilizada por uma adição de silício ou alumínio, sendo que esses elementos retardam a precipitação de carbonetos na austenita e na bainita. A presença de austenita residual aprimora o comportamento dúctil sob o efeito de uma deformação subsequente, por exemplo, quando estressada uni- axialmente, a austenita residual de uma parte feita a partir de aço de TRIP é progressivamente transformada em martensita, resultando em endurecimento substancial e atrasando a aparição de corrosão.

[005] Para alcançar uma resistência à tração ainda maior, ou seja, um nível maior do que 800 a 1.000 MPa, aços de fases múltiplas que tem uma estrutura predominantemente bainítica foram desenvolvidas. Na indústria automotiva ou na indústria em geral, tais aços são vantajosamente usados para partes estruturais tais como membros cruzados de amortecedor, pilares, vários reforços e partes de desgaste resistentes à abrasão. No entanto, a formabilidade dessas partes exige, simultaneamente, um alongamento suficiente, maior do que 10% e não uma razão de limite de escoamento/resistência à tração muito alta a fim de ter uma reserva suficiente de plasticidade.

[006] Todas essas folhas de aço apresentam saldos suficientemente satisfatórios de resistência e ductilidade, mas novos desafios aparecem quando essas folhas são montadas com o uso de, por exemplo, técnicas de soldagem por pontos convencionais. Desse ponto em diante, novos conceitos que apresentam alta resistência e alta formabilidade ao ser soldável com o uso de técnicas de soldagem existentes são necessárias.

[007] A fim de reduzir o corpo em peso branco, o Pedido no EP1987904 visa fornecer um produto de junta de um produto de aço e um material de alumínio, e um método de soldagem por pontos para o produto de junta, garantindo que a soldagem por pontos com alta força de ligação possa ser realizada. Em uma realização, um produto de aço que tem uma espessura de folha t1 de 0,3 a 3,0 mm e um material de alumínio que tem uma espessura de folha t2 de 0,5 a 4,0 mm são unidas entre si por soldagem por pontos para formar um produto de junta de um produto de aço e um produto de alumínio. Nesse produto de junta, a área de pepita na parte de junta é de 20 x t20,5 a 100 x t20,5 mm2, a área de uma porção em que a espessura da camada de reação de interface é de 0,5 a 3 μm é 10 x t20'5 mm2 ou mais, e a diferença entre a interface, espessura de camada de reação no centro de parte de junta e a espessura de camada de reação de interface em um ponto distante do centro de parte de junta por uma distância de um quarto do diâmetro de junta Dc é 5 μm ou menos. De acordo com essa construção, é fornecido um produto de junta de material dissimilar com excelente força de ligação, que podem ser formados por um aparelho de soldagem por pontos existente em um baixo custo sem usar de outros materiais tais como material de cobertura. Isso é realizado sem adicionar uma etapa separada e um método de soldagem por pontos para o produto de junta de material dissimilar. Tal método implica soldar a folha de aço em uma de alumínio, a resistência de material de junta terá uma área macia no lado de alumínio em comparação à de aço.

[008] O pedido no US2012141829 revela uma junta soldada a ponto que inclui pelo menos uma placa de aço fina com uma resistência à tração de 750 MPa a 1850 MPa e um carbono equivalente Ceq de igual ou maior do que 0,22 % em massa a 0,55 % em massa e na qual uma pepita é formada em uma interface das placas de aço finas. Na zona de camada externa de pepita, uma microestrutura consiste em uma estrutura dendrito na qual um valor médio de intervalos de braço é igual ou menos do que 12 μm, um diâmetro de grão médio de carbonetos contidos na microestrutura é 5 nm a 100 nm, e uma densidade de número de carbonetos é igual ou maior do que 2 x 106/mm2. Tal aplicação não se foca em aços de terceira geração, mas nos convencionais somente.

[009] Nenhuma das técnicas anteriores mencionadas se voltaram nem resolveram o desafio de soldar aços com quantidades não convencionais de elementos de formação de liga em aços, que permanece não resolvido.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[010] A presente invenção se refere a uma junta soldada a ponto de pelo menos duas folhas de aço, em que pelo menos uma das folhas de aço é uma folha de aço com liga de alumínio que apresenta: - um limite de escoamento superior ou igual a 600 MPa - uma resistência à tração superior ou igual a 1.000 MPa - um alongamento uniforme superior ou igual a 15%.

[011] Sendo que a junta soldada compreende: - uma zona fundida que contém pelo menos 0,5% em peso de Al e uma fração de superfície de áreas segregadas grossas menores do que 1%. As áreas segregadas grossas são definidas como zonas maiores do que 20μm2 que contém pelo menos o teor de fósforo nominal de metal de base.

[012] Opcionalmente, uma microestrutura de zona fundida que contém uma densidade de carbonetos de ferro maiores do que 50nm igual ou superior a 2x106 por mm2.

[013] Opcionalmente, uma microestrutura na fronteira entre zona fundida e o aço de acordo com a invenção não tem martensita 18R dentro dos grãos ferríticos.

[014] Outro foco da invenção é fornecer um processo para criar tal junta soldada com um aço que pode ser facilmente laminado a frio à sua espessura final ao ser compatível com linhas de recozimento contínuas usuais e que tem uma baixa sensitividade aos parâmetros de processo.

[015] A invenção tem, como primeiro objetivo, uma junta soldada a ponto de pelo menos duas folhas de aço, com pelo menos um dentre as mesmas sendo uma folha de liga de alumínio, que compreende, em por cento em peso: 0,05 < C < 0,21% 4,0 < Mn < 7,0% 0,5 < Al < 3,5% Si < 2,0% Ti < 0,2% V < 0,2% Nb < 0,2% P < 0,025% B < 0,0035%; S < 0,004%

[016] Sendo que o restante da composição é ferro e impurezas inevitáveis resultantes da fundição, sendo que o dito aço apresenta um limite de escoamento superior ou igual a 600 MPa, uma resistência à tração final superior ou igual a 1.000 MPa, e alongamento uniforme superior ou igual a 15%, a microestrutura do dito aço contém 20% a 50% de austenita, 40% a 80% de ferrita recozida, menos do que 25% de martensita e em que a junta soldada a ponto é definida por uma microestrutura de zona fundida que contém mais do que 0,5 % de Al e que contém uma fração de superfície de áreas segregadas grossas menor do que 1%. As áreas segregadas grossas são definidas como zonas maiores do que 20μm2 que contêm fósforo em uma quantidade superior ao teor de fósforo e aço.

[017] Em outra realização preferencial, a dita composição química de aço com liga de alumínio tem um teor de alumínio de modo que, 1,0 < Al < 3,0 %, ou mesmo 1,0 < Al < 2,5%.

[018] Preferencialmente, a dita composição química de aço com liga de alumínio tem um teor de silício de modo que, Si < 1,5 % ou mesmo Si < 1,0%.

[019] Em uma realização preferencial, a dita microestrutura de aço com liga de alumínio contém entre 50% e 70% de ferrita recozida.

[020] Em uma realização preferencial, o dito aço com liga de alumínio apresenta menos do que 20% de martensita.

[021] Preferencialmente, a densidade de carbonetos de ferro maior do que 50nm é igual ou superior a 2x106 por mm2 na junta soldada a ponto zona fundida.

[022] Preferencialmente, a microestrutura na fronteira entre zona fundida e o aço de acordo com a invenção não tem martensita 18R com fase similar à agulha ortorrômbica dentro dos grãos ferríticos.

[023] A invenção também tem, como objetivo, um conjunto de duas folhas de aço que inclui uma junta soldada a ponto de acordo com a invenção.

[024] A invenção tem, como segundo objetivo um processo para produzir a junta soldada a ponto de pelo menos duas folhas de aço, com pelo menos uma dentre as mesmas sendo uma folha de aço com liga de alumínio, produzida por: - moldar aço de ligas de alumínio cuja composição se dá de acordo com a presente invenção a fim de obter uma placa, - reaquecer a placa em uma temperatura Treaquec entre 1.150 °C e 1.300 °C, - laminar a quente a placa reaquecida com uma temperatura entre 800 °C e 1.250 °C para obter uma folha laminada a quente, sendo que a última passagem de laminação a quente ocorre em uma temperatura Tlp superior ou igual a 800 °C,

[025] - resfriar o aço laminado a quente entre 1 e 150 °C/s até uma temperatura de bobinamento Tbobinamento menor ou igual a 650 °C.

[026] - Então, bobinar o aço laminado a quente resfriado em Tbobinamento.

[027] - Opcionalmente, o aço laminado a quente é recozido por batelada entre 400 °C e 600 °C entre 1 e 24 horas, ou continuamente recozido entre 650 °C e 750 °C entre 20 e 180s.

[028] A invenção tem também como objetivo um processo para obter o aço diretamente com o uso de uma máquina de moldagem em que o produto é imediatamente laminado após a moldagem. Esse processo é chamado ‘Moldagem de placa fina’.

[029] Então: - Desincrustar o aço laminado a quente - Laminar a frio a folha de aço com uma razão de laminação a frio entre 30% e 70% a fim de obter uma folha de aço laminada a frio. - aquecer a folha de aço em uma taxa de aquecimento Htaxa pelo menos igual a 1 °C/s até a temperatura de recozimento Trecoz - recozer o aço em uma temperatura Trecoz entre Tmin e Tmax definidos por Tmin=721-36*C-20*Mn+37*Al+2*Si (em °C) Tmax=690+145*C-6.7*Mn+46*Al+9*Si (em °C) durante um período entre 30 e 700 segundos, - resfriar a folha de aço em uma taxa de resfriamento preferencialmente entre 5 °C/s e 70 °C/s, Cortar o aço laminado a frio em folhas para obter uma folha de aço laminada a frio - soldar pelo menos uma das folhas de aço laminadas a frio em outro metal com uma intensidade eficaz entre 3kA e 15kA e uma força aplicada nos eletrodos entre 150 e 850 daN, sendo que o dito diâmetro de face ativa de eletrodo está entre 4 e 10 mm.

[030] Opcionalmente, a folha de aço é resfriada em Vresfriamento2 a uma temperatura TOA entre 350 °C e 550 °C e mantida em TOA por um período entre 10 e 300 segundos a fim de ser revestido por imersão a quente.

[031] - resfriar adicionalmente a folha de aço em uma taxa de resfriamento Vresfriamento3 preferencialmente superior a 5 °C/s e inferior a 70 °C/s abaixo à temperatura ambiente para obter uma folha de aço laminada a frio e recozida.

[032] Opcionalmente, o aço laminado a frio e recozido é temperado em uma temperatura Ttemper entre 170 e 400 °C por um período entre ttemper entre 200 e 800 s.

[033] Em uma realização preferencial, a folha de aço laminada a frio de acordo com a invenção é, após o recozimento, revestido com Zn ou uma liga de Zn.

[034] Em outra realização, a folha de aço laminada a frio de acordo com a invenção é, após o recozimento, revestida com Al ou liga de Al.

[035] Opcionalmente, a junta soldada a ponto de acordo com a invenção, após a soldagem, passa por um tratamento pós-térmico que é aplicado com uma intensidade entre 60% e 90% da intensidade de soldagem por um período entre 0,1 e 2 segundos.

[036] As folhas de aço ou conjunto de duas folhas de aço soldadas de acordo com a invenção podem ser usadas para produzir partes estruturais de carro para corpo de veículo em branco na indústria automotiva.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[037] Outros recursos e vantagens da invenção aparecerão através da descrição detalhada a seguir. As Figuras unidas são dadas a título de exemplos e não devem ser tomadas como limitadoras do escopo da presente invenção. As mesmas se dão são de modo que: - A Figura 1 ilustra a evolução da dureza de materiais laminados a quente B1, C1, E1 e F1, - A Figura 2 ilustra as propriedades tênseis de materiais laminados a quente B1, C1, E1 e F1, - A Figura 3 ilustra as propriedades tênseis de materiais laminados a frio B1, C1, E1 e F1 antes do recozimento, - A Figura 4 A mostra as propriedades tênseis de materiais laminados a frio e recozidos B1, C1, E1 e F1, - A Figura 4 B mostra as propriedades tênseis de materiais laminados a frio e recozidos G1, H1, H2, H3 e I2, - A Figura 5 mostra os micrográficos de elétron de varredura da zona fundida após gravação de Nital e análise de imagem que destaca o efeito do teor de alumínio nas partículas de cementita (em branco) na microestrutura para as montagens A+A, B+B, C+C e E+E conforme detalhado na Tabela 5, - A Figura 6 mostra a resistência de solda heterogênea definida por espécime de tração cruzada (A, B, C, E e F soldada com J) - A Figura 7 ilustra o coeficiente de CTS como uma função de teor de Al (A, B, C, E e F soldada com J para heterogêneo), - A Figura 8 mostra a faixa de soldagem for soldagem homogênea (A, B, C, E e F), - A Figura 9 mostra a faixa de soldagem para soldagem heterogênea (A, B, C, E e F soldado com J), - A Figura 10 mostra os resultados de estresse de cisalhamento tênsil heterogêneo (A, B, C, E e F soldado com J), - A Figura 11 mostra os micrográficos para juntas soldadas por pontos com uma folha de liga de alumínio que contém 2.9 & 3.9% de Al (soldas por pontos E+E e F+F conforme detalhado na Tabela 5) e ilustração de martensita 18R, - A Figura 12 mostra as filiações de microdureza para solda por pontos homogênea (A, B, C, E e F), - A Figura 13 mostra as filiações de microdureza para solda por pontos heterogênea com o uso de uma folha de liga de alumínio e uma típica Fase Dupla de 600 MPa de resistência. (A, B, C, E e F soldado com J), - A Figura 14 ilustra o efeito do teor de alumínio na zona fundida na dureza (A, B, C, E e F soldado com J para heterogêneo), - A Figura 15 mostra os modos de falha como uma função do teor de Al de uma folha de liga de alumínio de 1 a 4% (esquerda para direita) para B, C, E e F, - A Figura 16 A mostra as razões de plugue heterogêneas, por exemplo, A, B, C, E e F soldado com J, - A Figura 16 B mostra as razões de plugue homogêneas, por exemplo, G e H, - A Figura 17 proporciona uma descrição esquemática de testes de Cisalhamento Tênsil e Tensão Cruzada usados para definida a resistência da solda por pontos, - A Figura 18 proporciona um exemplo não limitador de uma razão de plugue e uma geometria de zona fundida entre uma folha de liga de alumínio de acordo com a invenção e uma fase dupla 600 (DP). H é a altura de MZ, PD é o diâmetro de Tampão, MZ-D é diâmetro de MZ, em que MZ significa zona fundida, - A Figura 19 mostra as imagens de análise de microssonda com um limiar no teor de P nominal que mostra o efeito de Al na segregação de P para A, B, C, E, - As Figuras 20 A e B ilustram a fração de superfície de áreas com mais do que o teor de P nominal como a função de seu tamanho, sendo que a Figura 20A é, por exemplo, A, B, C, E enquanto a Figura 20B é para G e H, - A Figura 21 mostra a evolução da fração de superfície de áreas maiores do que 20μm2 com mais do que o teor de P nominal na zona fundida como uma função de teor de Al for um, B, C, E, -As Figuras 22 A e B ilustram o coeficiente de CTS como uma função de teor de Al com e sem pós-tratamento: A, por exemplo, A, B, C, E e F na soldagem homogênea e B, por exemplo, A, B, C, E e F soldado com J.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[038] A presente invenção se refere a uma junta soldada a ponto de duas folhas de aço em que pelo menos uma das folhas de aço, chamada de uma folha de liga de alumínio, apresenta limite de escoamento superior ou igual a 600 MPa, uma resistência à tração final superior ou igual a 1.000 MPa, alongamento uniforme superior ou igual a 15%. A composição química de metal de base que compreende mais do que 0,5% de Al, que é fácil de soldar e resfriar a sua espessura final almejada. Ao fazer isso, a composição química é muito importante assim como os parâmetros de recozimento a fim de alcançar todos os objetivos. Os elementos de composição química a seguir são dados em porcentagem em peso.

[039] De acordo com a invenção, o teor de carbono está entre 0,05 e 0,21%. O carbono é um elemento formador de gama. O mesmo promove, com o teor de Mn da invenção, a estabilização de austenita. Inferior a 0,05%, a resistência à tração superior a 1.000 MPa é difícil de alcançar. Se o teor de carbono for maior do que 0,21%, a capacidade de laminação a frio é reduzida e a soldabilidade torna-se mais fraca. Preferencialmente, o teor de carbono está entre 0,10 e 0,21%.

[040] O manganês precisa estar entre 4,0% e 7,0%. Esse elemento, também estabilizador de austenita, é usada para estabilizar austenita suficiente na microestrutura. O mesmo também tem um endurecimento de solução sólida e um efeito de refinamento na microestrutura. Para o teor de Mn menos do que 4,0%, a fração de austenita retida na microestrutura é menor do que 20% e a combinação do alongamento uniforme superior a 15% e a resistência à tração superior a 1.000 não é alcançada. Superior a 7,0%, a soldabilidade torna-se fraca, enquanto segregações e inclusões deterioram as propriedades de danos.

[041] Em relação ao alumínio, seu teor precisa estar entre 0,5% e 3,5%. Superior a 0,5% em peso, as adições de alumínio são interessantes para muitos aspectos para aumentar a estabilidade de austenita retida através de um aumento de carbono na austenita retida. Al permite diminuir a dureza da banda aquecida, que pode ser então facilmente laminada a frio a sua espessura final conforme observado nas Figuras 1, 2 e 3. A robustez também é aprimorada durante o recozimento com adições de Al. A adição de Al induz a variação menor de fração de austenita como uma função de temperatura e induz a aprimorar a razão de plugue conforme ilustrado nas Figuras 15 e 16. Ademais, Al é o elemento mais eficiente quando o mesmo volta a abrir uma grande janela de viabilidade para temperatura de recozimento em recozimento contínuo visto que o mesmo favorece a combinação de recristalização avançada em temperaturas acima da temperatura de não recristalização e estabilização de austenita. O alumínio deve ser menor ou igual a 3,5% para evitar a formação de grãos grossos de ferrita primária formados durante a solidificação e não transformados em austenita durante resfriamento adicional, induzindo à resistência à tração inferior a 1.000MPa. Deve-se entender que visto que Al é alfagêneo, embora C e Mn sejam, ambos, gamagêneos, o teor ideal de Al para limitar a formação de grãos grossos de ferrita primária diminui quando os teores de C e Mn diminuem.

[042] O alumínio também é prejudicial para moldagem contínua visto que o pó de moldagem pode reagir com o metal líquido, sendo que a cinética de reação é aumentada quando teor de Al é aumentado. Esses grãos grossos de ferrita primária reduzem a resistência à tração inferior a 1.000 MPa. Como consequência, o teor de Al está preferencialmente entre 1,0 e 3,0% e ainda mais preferencialmente entre 1,0 e 2,5%.

[043] O silício também é muito eficiente para aumentar a resistência através de solução sólida. No entanto, seu teor é limitado para 2,0%, devido ao fato de que, além desse valor, as cargas de laminação aumentam demasiadamente e o processo de laminação a quente torna-se difícil. A capacidade de laminação a frio também é reduzida. Preferencialmente, para evitar rupturas de borda, o teor de Si é menor do que 1,5% ou mesmo menor do que 1,0%.

[044] Elementos de microformação de liga tais como titânio, vanádio e nióbio podem ser adicionados respectivamente em uma quantidade menor do que 0,2% para cada um, de modo a obter um endurecimento por precipitação adicional. Em particular, titânio e nióbio são usados para controlar o tamanho de grão durante a solidificação. Uma limitação, no entanto, é necessária devido ao fato de que além disso, um efeito de saturação é obtido.

[045] Quanto ao enxofre, superior a um teor de 0,004 %, a ductilidade é reduzida devido à presença de sulfuretos em excesso tais como MnS, em particular, testes de expansão de furo mostram valores menores na presença de tais sulfuretos.

[046] O fósforo é um elemento que endurece em solução sólida, mas que reduz a soldabilidade por pontos e a ductilidade a quente, particularmente devido a sua tendência à segregação nas fronteiras de grão ou cossegregação com manganês. Por essas razões, seu teor precisa ser limitado a 0,025 %, e preferencialmente 0,020 %, de modo a obter soldabilidade por pontos satisfatória.

[047] O teor de boro máximo permitido pela invenção é 0,0035 %. Superior a tal limite, um nível de saturação é esperado no que diz respeito à capacidade de endurecimento.

[048] O saldo é realizado a partir de ferro e impurezas inevitáveis. O nível de impureza significa inferior a 0,04% de elementos tais como Ni, Cr, Cu, Mg, Ca.

[049] A microestrutura de aço contém, como fração de superfície, 20% a 50% de austenita, 40% a 80 % de ferrita recozida e martensita menor do que 25%. A soma dessas fases microestruturais é igual a mais do que 95%. O saldo é realizado a partir de pequenos precipitados inevitáveis tais como carbonetos.

[050] A austenita é uma estrutura que proporciona ductilidade, seu teor precisa ser superior a 20% de modo que o aço da invenção é dúctil o suficiente com alongamento uniforme superior a 15% e seu teor precisa estar inferior a 50% devido ao fato de que, superior a esse valor, o saldo de propriedades mecânicas deteriora.

[051] A ferrita na invenção é definida por uma estrutura central cúbica obtidas da recuperação e recristalização mediante recozimento seja de ferrita anterior formada durante a solidificação ou da bainita ou martensita da folha de aço laminada a quente. Portanto, o termo ferrita recozida implica que mais do que 70% da ferrita é recristalizado. A ferrita recristalizada é definida por uma desorientação média, conforme medido por SEM-EBSD, menor do que 3° dentro dos grãos. Seu teor precisa estar entre 40 e 80% a fim de ter 1.000 MPa como mínimo de resistência à tração, com pelo menos 600 MPa de limite de escoamento e pelo menos 15% de alongamento uniforme.

[052] Martensita é a estrutura formada durante o resfriamento após a imersão da austenita instável formada durante o recozimento. Seu teor precisa ser limitado a 25% de modo que o alongamento uniforme permaneça superior a 15%. Um tipo específico de martensita é a denominada estrutura de martensita 18R que é uma fase similar à agulha ortorrômbica com uma cristalografia específica que foi especificada e documentada por Cheng et al. [W.-C. Cheng, C.-F. liu, Y.-F. Lai, Scripta Mater., 48 (2003), página 295 a 300].

[053] O método para produzir o aço de acordo com a invenção implica moldar aço com a composição química da invenção.

[054] O aço moldado é reaquecido entre 1.150 °C e 1.300 °C. quando a temperatura de reaquecimento de placa é inferior a 1.150 °C, as cargas de laminação aumentam demasiadamente e o processo de laminação a quente torna-se difícil. Superior a 1.300 °C, a oxidação é muito intensa, o que induz a perdas de escala e degradação de superfície.

[055] A laminação a quente da placa reaquecida é realizada em uma temperatura entre 1.250 °C e 800 °C, sendo que a última passagem de laminação a quente ocorre em uma temperatura Tlp superior ou igual a 800 °C. se Tlp é inferior a 800 °C, a trababilidade a quente é reduzida

[056] Após a laminação a quente, o aço é resfriado em uma velocidade de resfriamento Vresfriamento1 entre 1 °C/s a 150 °C/s, até a temperatura de bobinamento Tbobinamento menor ou igual a 650 °C. Inferior a 1 °C/s, uma microestrutura grossa é formada e o saldo final de propriedades mecânicas deteriora. Superior a 150 °C/s, o processo de resfriamento é difícil de controlar.

[057] A temperatura de bobinamento Tbobinamento precisa ser menor ou igual a 650 °C. Se a temperatura de bobinamento for superior a 650 °C, estrutura grossa de ferrita e bainita é formada induzindo a uma microestrutura mais heterogênea após a laminação a frio e recozimento.

[058] Opcionalmente, o aço passa por um recozimento intermediário nesse estágio para produzir sua dureza e facilitar o processo de laminação a frio subsequente e eventualmente para evitar rupturas durante a laminação a frio. A temperatura de recozimento deve estar entre 450 °C e 600 °C entre 1 e 24 horas no caso de recozimento de batelada, ou entre 650 °C e 750 °C entre 20 e 180s no caso de recozimento contínuo.

[059] A próxima etapa consiste em desincrustar e laminar a frio o aço com uma razão de laminação a frio entre 30% e 70% a fim de obter um aço laminado a frio com espessura geralmente entre 0,6 e 3 mm. Inferior a 30%, a recristalização durante recozimento subsequente não é favorecida o suficiente e o alongamento uniforme acima 15% não é alcançado devido a uma carência de recristalização. Acima 70%, há um risco de ruptura de borda durante a laminação a frio.

[060] O recozimento pode ser então realizado aquecendo-se o aço em uma taxa de aquecimento Htaxa pelo menos igual a 1 °C/s até a temperatura de recozimento Trecoz. Tal temperatura Trecoz tem valores mínimo e máximo definidos pelas equações a seguir: - Tmin=721-36*C-20*Mn+37*Al+2*Si, em °C - Tmax=690+145*C-6.7*Mn+46*Al+9*Si, em °C, em que a elementos de composição química são dados em porcentagem em peso.

[061] O controle da temperatura de recozimento é um recurso importante do processo visto que o mesmo permite controlar a fração de austenita e sua composição química assim como a recristalização do aço da invenção. Inferior a Tmin, a fração de austenita mínima não é formada, ou sua estabilidade é muito alta, induzindo a uma resistência à tração limitada inferior a 1.000 MPa. Acima do Tmax, há um risco de formar martensita demasiadamente, induzindo a um alongamento limitado uniforme inferior a 15%.

[062] Após o recozimento, a folha de aço é resfriada em uma taxa de resfriamento entre 5 °C/s e 70 °C/s.

[063] Opcionalmente, a folha de aço é resfriada a uma temperatura TOA entre 350 °C e 550 °C e mantida em TOA por um período entre 10 e 300 segundos. Também foi mostrado que tal tratamento térmico que facilita o revestimento de Zn por processo de imersão a quente, por exemplo, não afeta as propriedades mecânicas finais.

[064] Opcionalmente, a folha de aço laminada a frio e recozida é temperada em uma temperatura Ttemper entre 170 e 400 °C por um período ttemper entre 200 e 800s. Esse tratamento permite a têmpera de martensita, que pode ser formada durante o resfriamento após a imersão da austenita instável. A dureza de martensita é, desse modo, diminuída e a ductilidade de aço é aprimorada. Inferior a 170 °C, o tratamento de têmpera não é eficiente o suficiente. Superior a 400 °C, a perda de resistência torna-se alta e o saldo entre a resistência e a ductilidade não é mais aprimorado.

[065] A folha de aço laminada a frio e recozida é, em seguida, soldada por pontos a fim de obter uma junta soldada com alta resistência.

[066] Para obter uma solda por pontos de acordo com a invenção, os parâmetros de soldagem podem ser definidos da seguinte maneira. A intensidade eficaz pode ser entre 3kA e 15kA. Como exemplo não limitador, a intensidade de solda por pontos de acordo com a invenção é mostrada nas Figuras 8 e 9. A força aplicada nos eletrodos está entre 150 e 850 daN. O diâmetro de face ativa de eletrodo está entre 4 e 10 mm. Uma solda por pontos adequada é definida por sua dimensão característica de zona fundida. Sua altura de zona fundida está entre 0,5 e 6mm e diâmetro entre 3 e 12mm como na Figura 18.

[067] A junta soldada a ponto de acordo com a invenção é definida por uma microestrutura de zona fundida que contém uma fração de superfície de áreas segregadas grossas menores do que 1%. As áreas segregadas grossas são definidas como zonas maiores do que 20μm2 que contêm fósforo em uma quantidade superior ao teor de fósforo nominal de metal de base. Superior a tal valor, a segregação é muito alta, o que diminui a dureza de pepita como nas Figuras 19, 20 e 21.

[068] Adicionalmente, a microestrutura de zona fundida contém uma densidade de carbonetos de ferro maior do que 50nm igual ou superior a 2x106 por mm2. Inferior a tal densidade, a martensita não é temperada o suficiente e a microestrutura de pepita não apresenta dureza suficiente como nas Figuras 5, 12, 13 e 14.

[069] Preferencialmente, em pelo menos um lado da junta soldada, a microestrutura na fronteira entre zona fundida e o aço de acordo com a invenção não tem martensita 18R alguma dentro dos grãos ferríticos de modo que a zona de grãos grossos mantenha a dureza suficiente como na Figura 11 para o 3% de teor de Al.

[070] Opcionalmente, a junta soldada a ponto de acordo com a invenção passa por um pós-tratamento térmico para aprimorar adicionalmente a resistência de solda por pontos conforme ilustrado nas Figuras 22 A e B. Tal pós-tratamento pode ser feito em soldagem tanto homogênea como heterogênea. O pós-tratamento em forno consiste em um tratamento de austenitização acima 1.000 °C por pelo menos 3 minutos seguido por um rápido resfriamento, isto é, superior a 50 °C/s para a junta soldada.

[071] O pós-tratamento in situ consiste, após a soldagem, em um tratamento em duas etapas: • uma primeira etapa sem nenhuma corrente aplicada de pelo menos 0,2 segundos • Uma segunda etapa que consiste em aplicar à junta soldada uma corrente entre 60% e 90% da intensidade média aplicada durante a soldagem.

[072] A fim de temperar a martensita e aprimorar a dureza da pepita e a Zona Afetada de calor. O tempo total da etapa 1 e etapa 2 está entre 0,1 a 2 segundos.

[073] A invenção será mais bem entendida com os exemplos não limitadores a seguir. De fato, o aço soldado por pontos aço da invenção pode ser obtido com qualquer outro aço como, por exemplo: Aços livres intersticiais, aços de fase dupla, aços de TRIP, aços de BH, aços endurecidos por prensa, aços de fases múltiplas.

[074] Produtos semiacabados foram produzidos a partir de uma moldagem de aço. As composições químicas dos produtos semiacabados, expressas em porcentagem em peso, são mostradas na Tabela 1 abaixo. O resto da composição de aço na Tabela 1 consiste em ferro e impurezas inevitáveis resultante da fundição.

TABELA 1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA (% EM PESO).

[075] Os teores de Ti e V dos aços A a J são menores do que 0,010%. O teor de boro é menor do que 35 ppm.

[076] Os aços A a I foram primeiro reaquecidos e laminados a quente em placas com 2,4 mm de espessura. O aço J é um aço típico de fase dupla com 600 MPa de resistência à tração, tal tipo de aço é conhecido pelo elemento versado na técnica, o mesmo é usado como o aço ao qual os aços A a I são soldados para casos de soldagem heterogênea. As placas de aço laminado a quente A a I foram então laminadas a frio e recozidas. Os parâmetros de processo submetidos são mostrados na Tabela 2 com as seguintes abreviações: - Treaquec: é a temperatura de reaquecimento - Tlp: é a temperatura de laminação de acabamento - Vresfriamento1: taxa de resfriamento após a última passagem de laminação a quente - Tbobinamento: é a temperatura de bobinamento - IA T: é a temperatura do recozimento intermediário realizado na banda aquecida - IA t: é a duração do recozimento intermediário realizado na banda aquecida - Taxa: é a taxa de redução de laminação a frio - Htaxa: é a taxa de aquecimento - Trecoz: é a temperatura de imersão durante o recozimento. - trecoz: é a duração de imersão durante o recozimento. - Vresfriamento2: é a taxa de resfriamento após o recozimento à temperatura ambiente.

TABELA 2 CONDIÇÕES DE LAMINAÇÃO A QUENTE E LAMINAÇÃO A FRIO E RECOZIMENTO.

[077] Na Tabela 2, “vazio“ significa que nenhum recozimento intermediário foi realizado e “*” significa que a taxa de aquecimento foi 20 °C/s até 600 °C e então 1 °C/s até a temperatura de recozimento.

[078] A tabela 3 apresenta as seguintes características: - Ferrita: “OK” se refere à presença de ferrita com uma fração de volume entre 40 e 80% na microestrutura da folha recozida. “KO” se refere aos exemplos comparativos em que a fração de ferrita está fora desta faixa. - Austenita: “OK” se refere à presença de austenita com uma fração de volume entre 20 e 50% na microestrutura da folha recozida. “KO” se refere aos exemplos comparativos em que a fração de austenita está fora desta faixa. - Martensita: “OK” se refere à presença ou não de martensita com uma fração de volume menor do que 25% na microestrutura da folha recozida. “KO” se refere aos exemplos comparativos em que a fração de martensita é superior a 25%. - UTS (MPa) se refere à resistência à tração final medida por teste de tração na direção longitudinal em relação à direção de laminação. - YS (MPa) se refere ao limite de escoamento medido por teste de tração na direção longitudinal em relação à direção de laminação. - UEl (%) se refere ao alongamento uniforme medido por teste de tração na direção longitudinal em relação à direção de laminação. - YS/TS se refere à relação entre limite de escoamento e resistência à tração final. - TEl se refere ao alongamento total medido no espécime ISO 12,5x50.

TABELA 3: PROPRIEDADES DE FOLHAS LAMINADAS A FRIO E RECOZIDAS

[079] Os aços A a I são então soldados por pontos a um DP 600 GI como um exemplo seguindo os parâmetros de soldagem apresentados na Tabela 4: A espessura de folha para material de A a I e DP600 GI é 1,2mm. Os parâmetros de soldagem são os mesmos entre graus e divergem somente entre soldagem homogênea e heterogênea.

TABELA 4: PARÂMETROS DE SOLDAGEM DE AÇO.

[080] Os diferentes valores são explicados aqui abaixo: - Faixa de corrente de soldagem: A faixa de corrente de soldagem (também chamada intensidade de soldagem) é expressa em kA. O mínimo da faixa de solda é definido pela corrente de soldagem necessária para desenvolver uma pepita em que o diâmetro é 4,25Vt ou mais, em que t é a espessura do material em mm. O máximo da faixa de corrente de soldagem é definida pela corrente na qual a expulsão do metal fundido da pepita ocorre.

[081] - O valor alfa é a carga máxima no teste cruzado dividido pelo diâmetro de solda e pela espessura. A mesma é uma carga normalizada para soldagem resistente por pontos expresso em daN/mm2

[082] - razão de plugue: A razão de plugue é igual ao diâmetro de plugue dividido pelo diâmetro de MZ. Quanto menor a razão de plugue, menor a dureza de zona fundida conforme mostrado na Figura 18.

TABELA 5: RESULTADOS DE SOLDA POR PONTOS. CGHAZ SIGNIFICA ZONA AFETADA DE CALOR DE GRÃOS GROSSOS.

[083] Todos os aços laminados a frio e recozidos produzidos com composições químicas de B, C, D, E, H (exceto por H2) e I são produzidos de acordo com a invenção, os mesmos apresentaram YS acima 600 MPa, resistência à tração superior a 1.000 MPa e alongamento uniforme 15% conforme ilustrado na Figura 4 A para B1, C1, E1 e F1(referência) e a Figura 4B for G1, H1, H2, H3, e I2 em que G1 e H2 são referências. A composição química está dentro da faixa almejada assim como a microestrutura; os parâmetros de processo da invenção também foram seguidos. A1, F1, G1, e H2 não estão de acordo com a invenção. O teste de resistência das soldas por pontos foi realizado de acordo com o teste conforme ilustrado na Figura 17. Os mesmos são chamados testes de cisalhamento de tração e testes de tensão cruzada. Esses testes são usados para determinar a resistência de solda. Conforme mostrado nas Figuras 6, 7 e 10, a resistência de solda por pontos aumenta com o teor de Al dentro da faixa de Al da invenção.

[084] Ademais, um exame de espécimes de macrogravação pode revelar os diâmetros de pepita (A Figura 11) assim como penetração e microestruturas de solda nas diferentes zonas.

[085] Quando o mesmo volta aos pós-tratamentos térmicos, conforme pode ser observado da Figura 22, o coeficiente de resistência de tração cruzado é adicionalmente aprimorado com esse dito tratamento para juntas soldadas por pontos com pelo menos um aço que contém Al. Isso se deve ao efeito alfagêneo de Al que abre uma janela de têmpera inferior a Ac1 permitindo não reaustenitizar mediante a soldagem das partes críticas da junta soldada.

[086] O conjunto de folhas de aço de acordo com a invenção será usado de modo benéfico para a fabricação de partes estruturais ou de segurança na indústria automobilística.

Claims

1. JUNTA SOLDADA A PONTO, de pelo menos duas folhas de aço, caracterizada por pelo menos uma folha ser feita a partir de uma folha de liga de alumínio que compreende, em percentagem em peso: 0,05 < C < 0,21% 4,0 < Mn < 7,0% 0,5 < Al < 3,5% Si < 2,0% Ti < 0,2% V < 0,2% Nb < 0,2% P < 0,025% B < 0,0035%; S < 0,004% sendo que o saldo da composição é de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da fundição, sendo que a folha de aço com liga de alumínio apresenta um limite de escoamento superior ou igual a 600 MPa, uma resistência à tração final superior ou igual a 1.000 MPa e alongamento uniforme superior ou igual a 15%, sendo que a microestrutura da folha de aço com liga de alumínio contém 20% a 50% de austenita, 40% a 80% de ferrita recozida, menos do que 25% de martensita e em que a junta soldada a ponto apresenta uma microestrutura de zona fundida que contém mais do que 0,5% de Al e que contém uma fração de superfície de áreas segregadas menor do que 1%, sendo que as áreas segregadas são zonas maiores do que 20 μm2 que contêm uma quantidade de fósforo superior ao teor de fósforo nominal de aço com liga de alumínio.

2. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela composição química de aço com liga de alumínio ter um teor de alumínio de modo que: 1,0 < Al < 3,0%.

3. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela composição química de aço com liga de alumínio ter um teor de alumínio de modo que: 1,0 < Al < 2,5%.

4. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela composição química de aço com liga de alumínio ter um teor de silício de modo que Si < 1,5 %.

5. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pela composição química de aço com liga de alumínio ter um teor de silício de modo que Si < 1,0%.

6. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pela microestrutura de aço com liga de alumínio conter entre 50% e 70% de ferrita recozida.

7. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pela microestrutura de aço com liga de alumínio conter menos do que 20% de martensita.

8. JUNTA SOLDADA A PONTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pela junta conter carbonetos de ferro maiores do que 50 nm cuja densidade é igual ou superior a 2x106 por mm2 e a microestrutura na fronteira entre a zona fundida e o aço com liga de alumínio ser ausente de martensita 18R com fase similar a agulha ortorrômbica dentro dos grãos ferríticos.

9. CONJUNTO DE DUAS FOLHAS DE AÇO, que inclui uma junta soldada a ponto, caracterizado por ser conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

10. MÉTODO PARA PRODUZIR UMA JUNTA SOLDADA A PONTO, de pelo menos duas folhas de aço, caracterizado por pelo menos uma folha ser feita a partir de uma folha de aço com liga de alumínio, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, que compreende as seguintes etapas sucessivas: - moldar um aço com liga de alumínio cuja composição é conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 a fim de obter uma placa, - reaquecer a placa em uma temperatura Treaquec entre 1.150 °C e 1.300 °C, - laminar a quente a placa reaquecida com uma temperatura entre 800 °C e 1.250 °C para obter um aço laminado a quente, sendo que a última passagem de laminação a quente ocorre em uma temperatura Tlp superior ou igual a 800 °C, - resfriar o aço laminado a quente entre 1 e 150 °C/s até uma temperatura de embobinamento Tembobinamento menor ou igual a 650 °C, então - resfriar o aço laminado a quente resfriado em Tembobinamento, - desincrustação, - laminar a frio com uma razão de laminação a frio entre 30% e 70% a fim de obter uma folha de aço laminada a frio, - aquecer em uma taxa de aquecimento Htaxa pelo menos igual a 1 °C/s até a temperatura de recozimento Trecoz - recozer em uma temperatura Trecoz entre Tmin e Tmax definidos por Tmin=721-36*C-20*Mn+37*Al+2*Si (em °C) Tmax=690+145*C-6.7*Mn+46*Al+9*Si (em °C) durante um período entre 30 e 700 segundos, - resfriar até a temperatura almejada em uma taxa de resfriamento que está entre 5 °C/s e 70 °C/s, - cortar o aço laminado a frio em folhas para obter folhas de aço laminadas a frio, - soldar pelo menos uma das folhas de aço laminadas a frio em outro metal com uma intensidade eficaz entre 3kA e 15kA e uma força aplicada nos eletrodos entre 150 e 850 daN, sendo que o diâmetro de face ativa de eletrodo tem entre 4 e 10 mm.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela folha de aço laminada a quente ser recozida por batelada entre 400 °C e 600 °C entre 1 e 24 horas.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela folha de aço laminada a quente ser continuamente recozida entre 650 °C e 750 °C entre 20 e 180s.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindações 10 a 11, caracterizado pela moldagem do aço ser feita com o uso de uma máquina de moldagem de placa fina para obter a folha de aço laminada a quente.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela temperatura almejada ser uma temperatura TOA entre 350 °C e 550 °C e mantida em TOA por um período entre 10 e 300 segundos.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela folha de aço ser adicionalmente resfriada até a temperatura ambiente em uma taxa de resfriamento Vresfriamento3 superior a 5 °C/s e inferior a 70 °C/s para obter uma folha de aço laminada a frio e recozida.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pela folha de aço ser temperada em uma temperatura Ttemper entre 170 e 400 °C por um período entre ttemper entre 200 e 800s.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado por, após o recozimento, a folha de aço laminada a frio ser adicionalmente revestida com Zn ou uma liga de Zn.

18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado por, após o recozimento, a folha de aço laminada a frio ser adicionalmente revestida com Al ou uma liga de Al.

19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizado por um tratamento pós-térmico ser aplicado com uma intensidade entre 60% e 90% de intensidade de soldagem por um período entre 0,1 e 2 segundos.

20. PARTE ESTRUTURAL, caracterizada por conter uma junta soldada a ponto ou um conjunto de duas folhas de aço, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, ou uma junta soldada a ponto produzida, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 19.

21. VEÍCULO, caracterizado por conter uma junta soldada a ponto, parte estrutural ou conjunto de duas folhas de aço, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 ou produzido com uma junta soldada a ponto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 20.