BR112016030065B1 - método para produzir uma folha de aço e folha de aço - Google Patents

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Abstract

Trata-se de um método para produzir uma folha de aço de alta resistência que tem um limite de elasticidade YS > 850 MPa, uma resistência à tração TS > 1.180 MPa, um alongamento total > 13% e uma razão de expansão de orifício HER > 30%, através de tratamento térmico de uma folha de aço em que a composição química do aço contém: 0,13% = C = 0,22%, 1,2% = Si = 1,8%, 1,8% = Mn = 2,2%, 0,10% = Mo = 0,20%, Nb = 0,05%, Ti < 0,05%, Al = 0,5%, sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis. A folha é recozida em uma temperatura de recozimento TA > 865 °C e < 1.000 °C por um tempo de mais do que 30 s, depois resfriada bruscamente através do resfriamento da mesma a uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 275 °C e 375 °C, em uma velocidade de resfriamento > 30 °C/s de modo a ter, logo após o resfriamento brusco, uma estrutura que consiste em austenita e pelo menos 50% de martensita, sendo que o teor de austenita é tal que a estrutura final pode conter entre 3% e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita, depois aquecida a uma temperatura de divisão PT entre 370 °C e 470 °C e mantida nessa temperatura por um tempo Pt entre 50 s e 150 s, depois resfriada à temperatura ambiente.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um método para produzir uma folha de aço de alta resistência que tem resistência, ductilidade e formabilidade aprimoradas e às folhas obtidas com o método.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Para fabricar vários equipamentos tais como partes de membros estruturais de corpo e painéis de corpo para veículos automotivos, costuma-se usar folhas produzidas a partir de folhas de DP (fase dupla) ou folhas de TRIP (plasticidade induzida por transformação).
[003] Por exemplo, tais folhas que incluem uma estrutura martensítica e/ou alguma austenita retida e que contém cerca de 0,2% de C, cerca de 2% de Mn, cerca de 1,7% de Si têm um limite de elasticidade de cerca de 750 MPa, uma resistência à tração de cerca de 980 MPa, um alongamento total de mais do que 8%. Essas folhas são produzidas em uma linha de recozimento contínua resfriando-se bruscamente de uma temperatura de recozimento superior ao ponto de transformação Ac3, até uma temperatura de arrefecimento brusco inferior ao ponto de transformação Ms seguido pelo aquecimento a uma temperatura de superenvelhecimento acima do ponto Ms e mantendo-se a folha na temperatura por um determinado tempo. Depois, a folha é resfriada até a temperatura ambiente.
[004] Devido ao desejo de reduzir o peso do automotivo a fim de aprimorar sua eficiência de combustível em vista da conservação ambiental global é desejável ter folhas que têm rendimento aprimorado e resistência à tração. Mas tais folhas devem ter também uma boa ductilidade e uma boa formabilidade e, mais especificamente, uma boa flangeabilidade por estiramento.
[005] Em relação a isso, é desejável ter folhas que têm um limite de elasticidade YS de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração TS de cerca de 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% ou, preferencialmente, pelo menos 14% e uma razão de expansão de orifício HER de acordo com o padrão ISO 16630:2009 de mais do que 30% ou ainda 50%. Em relação à razão de expansão de orifício, deve-se ressalta que, devido às diferenças nos métodos de medição, os valores de razão de expansão de orifício HER de acordo com o padrão ISO são muito diferentes e não são comparáveis aos valores da razão de expansão de orifício À de acordo com o JFS T 1001 (Padrão da Federação de Aço e Ferro do Japão).
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[006] Portanto, o propósito da presente invenção é fornecer tal folha e um método para produzir a mesma.
[007] Para esse propósito, a invenção se refere a um método para produzir uma folha de aço de alta resistência que tem uma resistência aprimorada e uma formabilidade aprimorada, sendo que a folha que tem um limite de elasticidade YS de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração TS de pelo menos 1 180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma razão de expansão de orifício HER de pelo menos 30%, através de tratamento térmico uma folha de aço cuja composição química do aço contém, % em peso: 0,13% < C < 0,22% 1,2% < Si < 1,8% 1,8% < Mn < 2,2% 0,10% < Mo < 0,20% Nb < 0,05% Ti < 0,05% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis. A folha é recozida em uma temperatura de recozimento TA superior a 865 °C, mas inferior a 1.000 °C por um tempo de mais do que 30 s. Depois, a folha é resfriada bruscamente resfriando-se a uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 275 °C e 375 °C, em uma velocidade de resfriamento de pelo menos 30 °C/s de modo a ter, logo após o resfriamento brusco, uma estrutura que consiste em austenita e pelo menos 50% de martensita, sendo que o teor de austenita é tal que a estrutura final isto é, depois do tratamento e do resfriamento à temperatura ambiente, pode conter entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita. Depois, a folha é aquecida até uma temperatura de divisão PT entre 370 °C e 470 °C e mantida nessa temperatura por um tempo de divisão Pt entre 50 s e 150 s. Depois, a folha é resfriada à temperatura ambiente.
[008] Preferencialmente, a composição química do aço é tal que Al < 0,05%.
[009] Preferencialmente, a temperatura de resfriamento brusco QT é compreendida entre 310 °C e 375 °C, em particular entre 310 e 340 °C.
[010] Preferencialmente, o método compreende adicionalmente, depois de a folha ser resfriada bruscamente para a temperatura de resfriamento brusco QT e antes de aquecer a folha até a temperatura de divisão PT, uma etapa de reter a folha na temperatura de resfriamento brusco por um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s, preferencialmente, entre 3 s e 7 s.
[011] A invenção se refere também a uma folha de aço cuja composição química contém % em peso: 0,13% < C < 0,22% 1,2% < Si < 1,8% 1,8% < Mn < 2,2% 0,10% < Mo < 0,20% Nb < 0,05% Ti < 0,05% Al < 0,5% sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, e sendo que a folha que tem um limite de elasticidade de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma razão de expansão de orifício HER de pelo menos 30%.
[012] A estrutura do aço compreende entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita, sem ferrita.
[013] Preferencialmente, a composição química do aço é tal que Al < 0,05%.
[014] Preferencialmente, o tamanho médio de grão da austenita retida é de 5 μm ou menos.
[015] O tamanho médio dos grãos ou blocos de martensita e bainita é, preferencialmente, de 10 μm ou menos.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[016] A invenção será descrita agora em detalhes, mas sem introduzir limitações e ilustrada pelas figuras 1 e 2 o que representa micrográfico de SEM de dois exemplos da invenção.
[017] De acordo com a invenção, a folha é obtida pela laminação a quente e, opcionalmente, pela laminação a frio de um semiproduto produzido a partir de um aço cuja composição química contém, % em peso: - 0,13% a 0,22% e, preferencialmente, mais do que 0,16%, preferencialmente, menos do que 0,20% de carbono para assegurar uma resistência satisfatória e aprimorar a estabilidade da austenita retida que é necessária para obter um alongamento suficiente. Se o teor de carbono for muito alto, a folha laminada a quente fica dura demais para laminar a frio e a soldabilidade é insuficiente; - 1,2% a 1,8%, preferencialmente, mais do que 1,3% e menos do que 1,6% de silício a fim de estabilizar a austenita para fornecer um fortalecimento de solução sólida e para atrasar a formação de carbonetos durante o envelhecimento; - 1,8% a 2,2%, e preferencialmente, mais do que 1,9% e,preferencialmente, menos do que 2,1% de manganês para ter uma capacidade de endurecimento suficiente a fim de obter uma estrutura que contém pelo menos 65% de martensita, resistência à tração de mais do que 1.150 MPa e para evitar ter problemas de segregação que são prejudiciais para a ductilidade; - 0,10% a 0,20% de molibdênio para aumentar a capacidade de endurecimento e para estabilizar a austenita retida a fim de atrasar a decomposição de austenita de modo que não haja decomposição da austenita durante o superenvelhecimento de acordo com a presente invenção, - até 0,5% de alumínio que é geralmente adicionado ao aço líquido para o propósito de desoxidação. Se o teor de Al está acima de 0,5%, a temperatura de austenitização será alta demais para alcançar e o aço se tornará industrialmente difícil de processar. Preferencialmente, o teor de Al é limitado a 0,05%; - O teor de Nb é limitado a 0,05%, pois acima de tal valor precipitados grandes se formarão e a formabilidade diminuirá, tornando os 13% de alongamento total mais difícil de alcançar; e - O teor de Ti é limitado a 0,05%, pois acima de tal valor precipitados grandes se formarão e a formabilidade diminuirá, tornando os 13% de alongamento total mais difícil de alcançar.
[018] O restante é ferro e elementos residuais que resultam da produção de aço. Em relação a isso, Ni, Cr, Cu, V, B, S, P e N pelo menos são considerados como elementos residuais que são impurezas inevitáveis. Portanto, seus teores são menos do que 0,05% para Ni; 0,10% para Cr; 0,03% para Cu; 0,007% para V; 0,0010% para B; 0,005% para S; 0,02% para P e 0,010% para N.
[019] A folha é preparada por laminação a quente e, opcionalmente, laminação a frio de acordo com os métodos conhecidos por aqueles indivíduos versados na técnica.
[020] Depois de laminar, as folhas são decapadas ou limpas depois recebem tratamento térmico.
[021] O tratamento térmico que é feito, preferencialmente, em uma linha de recozimento contínuo compreende as etapas de: - recozer a folha em uma temperatura de recozimento TA superior ao ponto de transformação Ac3 do aço e, preferencialmente, superior a Ac3 + 15 °C, isto é, superior a 865 °C para o aço de acordo com a invenção, a fim de ter certeza de que a estrutura é completamente austenítica, mas inferior a 1.000 °C a fim de não fazer com que os grãos austeníticos cresçam demais. A folha é mantida na temperatura de recozimento, isto é, mantida entre TA - 5°C e TA + 10°C, por um tempo suficiente para homogeneizar a composição química. O tempo de manutenção é, preferencialmente, de mais do que 30 segundos, mas não precisa ser mais do que 300 segundos; - resfriar bruscamente a folha resfriando-se até uma temperatura de resfriamento brusco QT inferior ao ponto de transformação Ms em uma taxa de resfriamento suficiente para evitar formação de ferrita e bainita. A temperatura de resfriamento brusco está entre 275 °C e 375 °C e, preferencialmente, entre 290 °C e 360 °C, de modo a ter, logo após o resfriamento brusco, uma estrutura que consiste em austenita e pelo menos 50% de martensita, sendo que o teor de austenita é tal que a estrutura final, isto é, depois do tratamento e resfriamento à temperatura ambiente, pode conter entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita. Preferencialmente, a temperatura de resfriamento brusco está acima de 300 °C, em particular, compreendida entre 310 °C e 375 °C, por exemplo, entre 310 °C e 340 °C. Uma taxa deresfriamento superior a 30 °C/s é exigida para evitar a formação de ferrita durante o resfriamento da temperatura de recozimento TA; - reaquecer a folha até uma temperatura de divisão PT entre 370 °C e 470 °C e, preferencialmente, entre 390 °C e 460 °C. Acima de 470 °C, as propriedades mecânicas do aço alvejadas, em particular, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa e um alongamento total de pelo menos 13%, não são obtidas. A taxa de reaquecimento pode ser maior quando o reaquecimento é feito por aquecedor por indução, mas essa taxa de reaquecimento na faixa de 5 a 20 °C/s não teve efeito aparente nas propriedades finais da folha. A taxa de aquecimento é, portanto, preferencialmente, compreendida entre 5 °C/s e 20 °C/s. Por exemplo, a taxa de reaquecimento é de pelo menos 10 °C/s. Preferencialmente, entre a etapa de resfriar bruscamente e a etapa de reaquecer a folha para a temperatura de divisão PT, a folha é mantida na temperatura de resfriamento brusco por um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s, preferencialmente, entre 3 s e 7 s; - manter a folha na temperatura de divisão PT por um tempo entre 50 s e 150 s. Manter a folha na temperatura de divisão significa que durante a divisão a temperatura da folha permanece entre PT - 10 °C e PT +10 °C - resfriar a folha até a temperatura ambiente.
[022] Com tal tratamento, podem ser obtidas folhas que têm um limite de elasticidade YS de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma razão de expansão de orifício HER de acordo com o padrão ISO 16630:2009 de pelo menos 30%, ou ainda 50%.
[023] Esse tratamento permite obter uma estrutura final, isto é, depois da divisão e resfriamento à temperatura ambiente, que contém entre 3 e 15% de austenita residual e entre 85 e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita.
[024] Além disso, o tamanho médio de grão austenítico é, preferencialmente, de 5 μm ou menos, e o tamanho médio dos blocos de bainita ou martensita é, preferencialmente, de 10 μm ou menos.
[025] Como um exemplo, foi fabricada uma folha de 1,2 mm em espessura que tem a seguinte composição: C = 0,18%, Si = 1,55% Mn = 2,02%, Nb = 0,02%, Mo = 0,15%, Al = 0,05%, N = 0,06%, sendo que o restante é Fe e impurezas por laminação a quente e a frio. O ponto de transformação Ms teórico desse aço é 386 °C e o ponto Ac3 é 849 °C.
[026] As amostras da folha receberam tratamento térmico através de recozimento, resfriamento brusco e divisão, e as propriedades mecânicas foram medidas. As folhas foram mantidas na temperatura de resfriamento brusco por cerca de 3 s.
[027] As condições de tratamento e as propriedades obtidas são relatadas na tabela I. TABELAI
Figure img0001
[028] Nessa tabela, TA é a temperatura de recozimento, QT atemperatura de resfriamento brusco, PT a temperatura de divisão, Pt o tempo de divisão, YS o limite de elasticidade, TS a resistência à tração, TE o alongamento total, HER a razão de expansão de orifício de acordo com o padrão ISO, RA a proporção de austenita retida na estrutura final, RA tamanho de grão é o tamanho médio de grão de austenita, M+B é a proporção de bainita e martensita na estrutura final e tamanho de grão de M+B é o tamanho médio dos grãos ou blocos de martensita e bainita.
[029] O exemplo 1, cuja estrutura é mostrada na figura 1 e que contém 10,4% de austenita retida e 89,6% de martensita e bainita, e o exemplo 2, cuja estrutura é mostrada na figura 2 e que contém 6,8% de austenita retida e 93,2% de martensita e bainita mostram que uma temperatura de resfriamento brusco de 300 °C ou 350 °C, uma divisão em uma temperatura de 450 °C com um tempo de divisão de 99 s a folha tem um limite de elasticidade superior a 850 MPa, uma resistência à tração superior a 1.100 MPa, um alongamento total de cerca de 14% superior a 13% e uma razão de expansão de orifício medida de acordo com padrão ISO 16630: 2009 superior a 30 %. Quando a temperatura de resfriamento brusco é 300 °C (+/-10 °C), o alongamento total pode ser superior a 13% e a razão de expansão de orifício é muito boa: 57%, conforme mostrado no exemplo 2.
[030] Os exemplos 3 e 4 que se relacionam à técnica anterior com uma temperatura de resfriamento brusco superior a Ms, isto é, a estrutura que não é martensítica, mostram que não é possível alcançar simultaneamente o limite de elasticidade, alongamento total e razão de expansão de orifício alvejados.
[031] O exemplo 5 mostra adicionalmente que com uma temperatura de resfriamento brusco de 340 °C, uma divisão a 470 °C com um tempo de divisão de 50 s, a folha tem um limite de elasticidade superior a 850 MPa, uma resistência à tração superior a 1.100 MPa, um alongamento total de cerca de 14% superior a 13 % e uma razão de expansão de orifício medida de acordo com padrão ISO 16630: 2009 superior a 30%.
[032] O exemplo 6 mostra que quando a temperatura de divisão é alta demais, isto é, acima de 470 °C, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa e um alongamento total de pelo menos 13% não são obtidos.

Claims (9)

1. MÉTODO PARA PRODUZIR UMA FOLHA DE AÇO de altaresistência que tem uma resistência aprimorada e uma formabilidade aprimorada, caracterizado pela folha de aço ter um limite de elasticidade YS de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração TS de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma razão de expansão de orifício HER de pelo menos 30%, através de tratamento térmico de uma folha produzida a partir de um aço que tem uma composição química que contém % em peso: 0,13% < C < 0,22%; 1,2% < Si < 1,8%; 1,8% < Mn < 2,2%; 0,10% < Mo < 0,20%; Nb < 0,05%; Ti < 0,05%; Al < 0,5%; sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, e sendo que tratar termicamente a folha compreende as seguintes etapas: - recozer a folha em uma temperatura de recozimento TA superior a 865°C, mas inferior a 1.000°C por um tempo de mais do que 30 s, - resfriar bruscamente a folha resfriando-se a mesma até uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 310°C e 375°C, em uma velocidade de resfriamento de pelo menos 30 °C/s de modo a ter, logo após o resfriamento brusco, uma estrutura que consiste em austenita e pelo menos 50% de martensita, sendo que o teor de austenita é tal que a estrutura final, isto é, depois do tratamento e resfriamento à temperatura ambiente, contém entre 3% e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita sem ferrita, - aquecer a folha até uma temperatura de divisão PT entre 370°C e 470°C e manter a folha na temperatura de divisão por um tempo de divisão Pt entre 50 s e 150 s e, - resfriar a folha até a temperatura ambiente.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição química do aço ser tal que Al < 0,05%.
3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela temperatura de resfriamento brusco QT ser compreendida entre 310°C e 340°C.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por compreender adicionalmente, depois de a folha ser resfriada bruscamente à temperatura de resfriamento brusco QT e antes de aquecer a folha até a temperatura de divisão PT, uma etapa de reter a folha na temperatura de resfriamento brusco QT por um tempo de retenção compreendido entre 2 s e 8 s, preferencialmente entre 3 s e 7 s.
5. FOLHA DE AÇO, caracterizada pela composição química do aço conter % em peso: 0,13% < C < 0,22%; 1,2% < Si < 1,8%; 1,8% < Mn < 2,2%; 0,10 % < Mo < 0,20%; Nb < 0,05%; Ti < 0,05%; Al < 0,5%; sendo que o restante é Fe e impurezas inevitáveis, e em que a folha de aço tem um limite de elasticidade de pelo menos 850 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1.180 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma razão de expansão de orifício HER de pelo menos 30%, sendo que a estrutura da folha de aço compreende entre 3% e 15% de austenita residual e entre 85% e 97% da soma de martensita e bainita, sem ferrita, e a austenita residual tem um tamanho médio de grão austenítico de 5 μm ou menos.
6. FOLHA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pela composição química do aço ser tal que Al < 0,05%.
7. FOLHA DE AÇO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5 a 6, caracterizada pelo alongamento total ser de pelo menos 14%.
8. FOLHA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pela razão de expansão de orifício ser de pelo menos 50%.
9. FOLHA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada pelo tamanho médio dos grãos ou blocos de martensita e bainita ser de 10 μm ou menos.
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