BR112017000027B1 - método para manufaturar uma chapa de aço de alta resistência e chapa de aço alta resistência - Google Patents

método para manufaturar uma chapa de aço de alta resistência e chapa de aço alta resistência Download PDF

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Abstract

Trata-se de um método para manufaturar uma chapa de aço de resistência alta que tem uma resistência à tração de mais de 1.100 MPa e um limite de escoamento de mais de 700 MPa, um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10%, feita de um aço que contém na porcentagem em peso: 0,1% = C = 0,25%, 4,5% = Mn = 10%, 1% = Si = 3%, 0,03% = Al = 2,5%, em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) = 0,6, sendo que o método compreende as etapas de recozer uma chapa laminada feita do dito aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento TA mais alta que o ponto de transformação Ac1 do aço, mas menor que 1.000 °C, resfriar a chapa recozida para uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 190 °C e 80 °C a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura logo após o resfriamento que contém martensita e austenita retida, manter a chapa de aço a uma temperatura de envelhecimento PT entre 350 °C e 500 °C por um tempo de envelhecimento Pt de mais de 5 s e resfriar a chapa até a temperatura ambiente. A chapa é obtida.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um método para manufaturar uma chapa de aço de resistência alta com uso de uma linha de tratamento a quente contínuo e para a chapa obtida por esse método.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Para produzir vários equipamentos, como reboques, caminhões, máquinas agrícolas, peças automotivas e assim por diante, as chapas de aço de resistência alta feitas de aços de DP (fase dupla) ou TRIP (plasticidade induzida por transformação) são usadas. Alguns dentre tais aços, os quais são produzidos em linhas de recozimento contínuo, que contêm, por exemplo, cerca de 0,2% de C, cerca de 2% de Mn e cerca de 1,7% de Si, têm uma resistência à tração de cerca de 980 MPa.
[003] A fim de reduzir o peso dos equipamentos feitos desses aços, o que é muito desejável para melhorar sua eficácia de energia, foi proposto o uso de aços de CMnSi que contêm 0,1% a 0,4% de C, 2% a 4% de Mn, até 2% de Si ou Si+Al, em que tais aços são tratados a quente a fim de ter uma estrutura martensítica com um teor significante de austenita retida ou uma estrutura ferrítica-martensítica. Tais aços são usados para produzir graus que têm uma resistência à tração de mais de 1.000 MPa. Essas chapas são produzidas em linhas de recozimento contínuo e são opcionalmente revestidas por imersão a quente. As propriedades mecânicas das chapas dependem da quantidade de austenita residual a qual deve ser suficientemente alta. Isso exige que a austenita seja suficientemente estável. Além disso, a fim de realizar o tratamento nas linhas existentes com uma produtividade boa, é desejável que os pontos de transformação característicos do aço, como Ac1, Ac3, Ms e Mf não sejam tão restritivos.
[004] Por essas razões, a necessidade permanece por ter um aço e um processo para manufaturar facilmente as chapas de aço de resistência alta em linhas de tratamento a quente contínuo.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[005] Com esse propósito, a invenção se refere a um método para manufaturar uma chapa de aço de resistência alta que tem uma resistência à tração de mais de 1.100 MPa e um limite de escoamento de mais de 700 MPa e um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10%, feita de um aço que contém na porcentagem em peso: 0,1% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 10% 1% < Si < 3% 0,03% < Al < 2,5% em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que: CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 sendo que o método compreende as etapas de: - recozer a chapa laminada feita do dito aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento AT mais alta que o ponto de transformação Ac1 do aço, mas menor que 1.000 °C, - resfriar a chapa recozida a uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 190° e 80 °C, a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura logo após o resfriamento que contém martensita e austenita retida, - manter a chapa de aço a uma temperatura de envelhecimento PT entre 350 °C e 500 °C por um tempo de envelhecimento Pt de mais de 5 s e menos de 600 s, - resfriar a chapa até a temperatura ambiente.
[006] Em uma realização preferida, a temperatura de recozimento AT é mais alta que o ponto de transformação Ac3 do aço, e em que a temperatura de resfriamento brusco QT se dá de modo que a estrutura do aço, após o tratamento a quente final, contenha pelo menos 20% de austenita retida e pelo menos 65% de martensita e, preferencialmente, a soma dos teores de ferrita e bainita seja menor que 10%.
[007] Preferencialmente, a composição química do aço se dá de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 em que a temperatura de recozimento AT é mais alta que 760 °C, a temperatura de resfriamento brusco QT é menor que 170 °C e a estrutura do aço contém entre 20% e 30% de austenita retida.
[008] Em uma realização particular, a temperatura de resfriamento brusco também pode ser menor que 150 °C.
[009] Em uma realização, a temperatura de envelhecimento PT está entre 380 °C e 470 °C e a chapa é mantida na temperatura de envelhecimento por um tempo Pt entre 90 s e 600 s.
[010] Em uma realização, a composição química do aço se dá de modo que: 0,15% < C < 0,25% 6,5% < Mn < 7,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 em que a temperatura de recozimento AT é mais alta que 710 °C, a temperatura de resfriamento brusco QT está entre 120 °C e 180 °C, a temperatura de envelhecimento PT está entre 350 °C e 450 °C e o tempo de envelhecimento Pt está entre 50 s e 600 s.
[011] Em uma realização particular, a composição química do aço se dá de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e a temperatura de recozimento AT é menor que o ponto de transformação Ac3 do aço, a temperatura de resfriamento brusco QT está entre 110 °C e 170 °C, a temperatura de envelhecimento PT está entre 350 °C e 450 °C, o tempo de envelhecimento Pt está entre 5 s e 600 s, e preferencialmente entre 90 s e 600 s, em que a estrutura do aço contém pelo menos 15% de ferrita, pelo menos 50% de martensita e pelo menos 15% de austenita retida.
[012] Preferencialmente, a composição química do aço satisfaz pelo menos uma dentre as condições a seguir: 0,03% < Al < 0,5 % Si + Al > 1,4% 1,4% < Al < 2,5%.
[013] Em uma realização, a temperatura de envelhecimento PT está entre 440 °C e 470 °C e a chapa é mantida na temperatura de envelhecimento por um tempo Pt entre 5 s e 60 s. Nesse caso, o mantimento na temperatura de envelhecimento pode ser feito passando-se a chapa em um banho de revestimento de imersão a quente. Após passar a mesma em um banho de revestimento de imersão a quente, a chapa pode ser adicionalmente mantida a uma temperatura resfriamento de 480 °C e 570 °C para ser galvanizada e recozida antes de ser resfriada para a temperatura ambiente.
[014] O recozimento, o resfriamento brusco e o envelhecimento podem ser feitos em uma linha de tratamento a quente contínuo, como uma linha de recozimento contínuo na qual compreende opcionalmente uma seção de revestimento de imersão a quente.
[015] A preparação da chapa por laminação pode compreender laminação a quente de uma placa e, opcionalmente, laminação a frio.
[016] A invenção também se refere a uma chapa de aço de resistência alta que tem uma resistência à tração de mais de 1.100 MPa e um limite de escoamento de mais de 700 MPa e um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total TE de pelo menos 10,0%, em que a composição química do aço contém na percentagem em peso: 0,1% < C < 0,35% 4,5% < Mn < 10% 1% Si < 3% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição.
[017] Em uma realização preferencial, a estrutura do aço contém pelo menos 20% de austenita retida, pelo menos 65% de martensita e menos que 10% da soma de ferrita e bainita.
[018] A composição química do aço se dá, preferencialmente, de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5 % 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6.
[019] Então, o limite de escoamento YS pode ser mais alta que 1.100 MPa, a resistência à tração TS mais alta que 1.350 MPa, o alongamento uniforme UE pode ser de mais de 10,0% e o alongamento total TE de mais de 12,0%.
[020] Em uma realização, a composição química do aço se dá de modo que: 0,15% < C < 0,25% 6,5% < Mn < 7,5 % 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e o limite de escoamento YS é mais alta que 1.000 MPa e a resistência à tração TS é mais alta que 1.100 MPa.
[021] Em uma realização particular, a composição química do aço se dá de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e a estrutura do aço compreende pelo menos 15% de ferrita, pelo menos 50% de martensita e pelo menos 15% de austenita retida.
[022] Preferencialmente, a composição química do aço satisfaz pelo menos uma dentre as condições a seguir: 0,03% < Al < 0,5 % Si + Al > 1,4% 1,4% < Al < 2,5%.
[023] Em qualquer caso, pelo menos uma dentre as faces da chapa pode compreender um revestimento metálico ou um revestimento metálico ligado, como um revestimento de zinco ou revestimento de zinco ligado.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[024] A invenção será descrita agora em detalhes e ilustrada por exemplos sem introduzir limitações.
[025] O aço que é usado para manufaturar as chapas de aço de resistência alta, de acordo com a presente invenção, tem a composição a seguir: - 0,1% < C < 0,25% para garantir uma resistência satisfatória e melhorar a estabilidade da austenita. Preferencialmente, o teor de carbono é mais alto que 0,15%, - 4,5% < Mn < 10%. O teor de manganês deve ser mais alto que 4,5% a fim de melhorar a estabilidade da austenita retida pelo enriquecimento químico mais alto de austenita em manganês e diminuir o tamanho de grão de austenita. Espera-se que a diminuição do tamanho de grão de austenita reduzirá a distância de difusão e, portanto, promoverá a difusão de C e Mn durante a etapa de envelhecimento. Além disso, os teores de manganês mais altos que 4,5% diminuem o ponto de transformação Ms, cujos pontos de transformação de Ac1 e Ac3 tornam a obtenção de um tratamento a quente mais fácil. Por exemplo, quando o ponto Ac3 for reduzido, a temperatura de recozimento pode ser reduzida, o que torna o aquecimento mais fácil, isto é, é possível reduzir a potência de aquecimento ou aumentar a velocidade de passagem da chapa. Mas o teor de manganês deve permanecer menor que 10% a fim de não diminuir muito a ductilidade e a soldabilidade. Preferencialmente, o teor de manganês é menor que 7,5%, e preferencialmente menor que 5,5%. Mas, em uma realização particular, é mais alto que 6,5%. Deve ser notado que adicionar Al aumenta Ac3 e contrabalança o efeito de Mn, em que tal adição não é prejudicial até 2,5% de Al.
[026] Os teores de C e Mn são de modo que o índice carbono- manganês CMnIdex = C x (1 + Mn / 3,5) seja menor ou igual a 0,6 para garantir que a martensita não deva ser muito quebradiço, o que é desejável para possibilitar o corte mecânico em condições boas. Nessa fórmula, C e Mn são os teores em % em peso. - 1% < Si < 3% e preferencialmente Si > 1,4% a fim de estabilizar a austenita, para fornecer reforço de solução sólida e para retardar a formação de carbonetos durante a redistribuição de carbono a partir de martensita para austenita que resulta a partir do envelhecimento. Mas em um teor muito alto, óxidos de silício se formarão na superfície, os quais são prejudiciais para a capacidade de revestimento. Desse modo, o teor de silício é preferencialmente menor ou igual a 1,8%. - 0,03% < Al < 2,5%. Al é adicionar para desoxidar o aço líquido e aumenta a robustez, o que significa que a evolução de fração de austenita é menos sensível à temperatura de recozimento. O teor de Al mínimo é 0,03%. Em teor alto, o alumínio retarda a formação de carbonetos durante a redistribuição de carbono de martensita para austenita resultante a partir do envelhecimento. Para retardar a formação de carbonetos, o teor mínimo de Al+Si deve ser 1,4%. Preferencialmente, o teor de Al é pelo menos 1,4% para possibilitar a soldabilidade do aço. O máximo de Al é 2,5%, e acima de tal quantidade, delta-ferrita é formada em temperatura alta. Delta ferrita é prejudicial para a soldabilidade e é uma fase quebradiça. Deve ser notado que Al aumenta significativamente o ponto de transformação Ac3 que torna o recozimento mais difícil; tal efeito é contrabalançado pela presença de teores de Mn altos. Particularmente, quando não há problema particular de soldabilidade, o teor de Al pode permanecer igual ou menor que 0,5%. Desse modo, a temperatura de transformação Ac3 não é aumentada, o que possibilita melhorar a produtividade da linha de recozimento contínuo.
[027] O restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição. Tais impurezas incluem N, S, P, e elementos residuais, como Cr, Ni, Mo, Cu, e B.
[028] Frequentemente, o teor de N permanece menor que 0,01%, o teor de S menor que 0,01%, o teor de P menor que 0,02 %, o teor de Cr menor que 0,1%, o teor de Ni menor que 0,1%, o teor de Mo menor que 0,05%, o teor de Cu menor que 0.2% e o teor de B menor que 0,0010%. A microligação com Nb, Ti e V é possível nesse conceito, mas o teor de Ti deve ser menor que 0,1%, o teor de Nb menor que 0,1%, e o teor de V menor que 0,3%.
[029] Com tal aço, as chapas laminadas a quente são produzidas. Essas chapas laminadas a quente têm uma espessura entre 2 mm e 5 mm, por exemplo.
[030] Opcionalmente, as chapas laminadas a quente são laminadas a frio a fim de obter chapas laminadas a frio que têm uma espessura entre 0,5 mm e 2 mm, por exemplo. Aqueles versados na técnica sabem como produzir tais chapas laminadas a quente ou a frio.
[031] Então, as chapas laminadas a quente ou a frio são tratadas a quente em uma linha de tratamento a quente contínuo, como a linha de recozimento contínuo, que compreende pelo menos uma zona de aquecimento que pode aquecer a chapa até uma temperatura de recozimento, uma zona de embebimento que pode manter a chapa na temperatura de recozimento ou em torno dessa temperatura, uma zona de resfriamento que pode resfriar rapidamente a chapa até uma temperatura de resfriamento brusco QT, uma zona de reaquecimento que pode aquecer a chapa até uma temperatura de envelhecimento PT e uma zona de envelhecimento que pode manter a chapa na temperatura de envelhecimento ou em torno dessa temperatura durante um tempo Pt. Opcionalmente, a zona de envelhecimento pode ser uma zona de revestimento de imersão a quente que compreende pelo menos um banho de revestimento de imersão a quente que contém um metal líquido, como zinco e, opcionalmente, uma zona de ligação.
[032] Tal linha de tratamento a quente contínuo é conhecida por aqueles versados na técnica. O propósito do tratamento a quente é conferir ao aço uma estrutura adequada para obter as características desejadas de resistência e ductilidade e, possivelmente, imergir a chapa a quente.
[033] Deve ser notado que os teores dos constituintes microestruturais são geralmente dados como uma fração de superfície com base nas imagens microscópicas ópticas e de varredura.
[034] Em qualquer caso, a temperatura de recozimento AT é mais alta que o ponto de transformação Ac1 do aço a fim de formar austenita suficiente que pode ser transformada por resfriamento brusco e envelhecimento.
[035] Se a estrutura da chapa antes do recozimento conter ferrita e perlita e se um teor significante de ferrita for desejado após o resfriamento brusco e o envelhecimento, a temperatura de recozimento deve permanecer menor que o ponto de transformação Ac3 do aço.
[036] Se for desejado que a estrutura antes do resfriamento brusco seja completamente austenítica, a temperatura de recozimento AT deve ser mais alta que o ponto de transformação Ac3 do aço, mas é preferencial que a mesma permaneça menor que 1.000 °C a fim de não engrossar muito os grãos austeníticos, o que é desfavorável para a ductilidade da estrutura obtida.
[037] Em qualquer caso, é preferencial manter a chapa naquela temperatura de recozimento pelo menos 60 s, mas mais de 200 s não é necessário.
[038] É desejado que, durante o resfriamento brusco e o envelhecimento, a austenita que é formada durante a etapa de recozimento seja transformada pelo menos parcialmente em martensita. A temperatura de resfriamento brusco QT deve ser menor que o ponto de transformação Ms do aço e com uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura logo após o resfriamento brusco que contém pelo menos martensita. A velocidade de resfriamento mínima que é a velocidade de resfriamento martensítica crítica depende pelo menos da composição química do aço e aqueles versados na técnica saberão como determinar a mesma. Conforme é preferencialmente desejado ter uma estrutura que contém um teor significante de austenita retida, a temperatura QT não deve ser muito lenta e deve ser escolhida de acordo com o teor desejado de austenita retida. Por aquela razão, a temperatura de resfriamento brusco está entre 190 °C, que é menor que o ponto de transformação Ms, e 80 °C a fim de ter uma quantidade suficiente de austenita retida. Mas a temperatura de resfriamento brusco é menor que 190 °C devido ao fato de que, quando a mesma é mais alta que essa temperatura, a quantidade de austenita retida é muito importante e essa austenita retida pode ser transformada em martensita nova após divisão e resfriamento à temperatura ambiente, o que é prejudicial para a ductilidade. Mais especificamente, é possível determinar para cada composição química do aço uma temperatura de resfriamento brusco ideal QTop que alcança teoricamente um teor de austenita residual otimizado. Essa temperatura de resfriamento brusco otimizada pode ser calculada com uso de uma relação entre a composição química do aço e Ms, que foi recém-estabelecida pelos inventores: Ms = 561 - 474 x C - 33 x Mn - 17 x Cr - 21 x Mo - 11 x Si - 17 x Ni + 10 x Al - E a relação de Koistinen-Marburger: fα’ = 1 - exp{-0, 011 x (Ms-T)} em que fα’ é a proporção de martensita na temperatura T durante o resfriamento brusco, e assumindo-se que, após o resfriamento brusco até uma temperatura QT, o aço é envelhecido a uma temperatura mais alta que QT e que devido ao envelhecimento, a divisão de carbono entre a martensita e a austenita restantes é completamente realizada.
[039] Aqueles versados na técnica saberão como fazer esse cálculo.
[040] A temperatura de resfriamento brusco ideal QTop não é necessariamente a temperatura de resfriamento brusco QT que é escolhida para fazer tratamentos a quente reais. Preferencialmente, a temperatura de resfriamento brusco QT é escolhida igual ou próxima a essa temperatura de resfriamento brusco ideal e preferencialmente menor que 190 °C, devido ao fato de que, quando a temperatura de resfriamento brusco for muito alta, após a divisão, a austenita é pelo menos parcialmente transformada em martensita nova e a estrutura obtida é muito quebradiça. Com o aço de acordo com a presente invenção, o teor de austenita residual máximo que é possível de obter após uma austenitização completa está entre 20% e 45%. Durante o envelhecimento ou após o mesmo, parte da austenita residual pode ser transformada em bainita ou em martensita nova, a estrutura que é obtida após uma austenitização completa contém alguma ferrita ou alguma bainita, em que o teor total de tais constituintes é menor que 10% e preferencialmente menor que 5% e a estrutura contém pelo menos 65% de martensita. Com o aço de acordo com a presente invenção, quando a temperatura de resfriamento brusco QT for menor que 80 °C, o teor de austenita da estrutura é muito baixo, menor que cerca de 8% e pode ser até mesmo completamente martensítico. Nesse caso, a estrutura que é obtida após a divisão pode ser muito quebradiça.
[041] Quando a austenitização não for completa, isto é, quando a temperatura de recozimento estiver entre o ponto de transformação Ac1 e o ponto de transformação Ac3 do aço, o teor de austenita e martensita depende do teor de ferrita após o recozimento, isto é, dependendo da temperatura de recozimento. Mas, preferencialmente, o teor de ferrita está entre 10% e 40%, mais preferencialmente mais alto que 15% e mais preferencialmente menor que 35%, o teor de martensita é pelo menos 50% e o teor de austenita retida é pelo menos 10% e preferencialmente pelo menos 15%.
[042] Quando a estrutura contiver martensita e austenita retida, o propósito de envelhecimento é geralmente o de transferir carbono a partir da martensita para a austenita retida a fim de melhorar a ductilidade da martensita e aumentar o teor de carbono da austenita a fim de tornar um efeito de TRIP possível, sem formar uma quantidade significante de bainita e/ou de carbonetos. Para isso, a temperatura de envelhecimento PT deve estar entre 350 °C e 500 °C e o tempo de envelhecimento Pt deve ser pelo menos 5 s e preferencialmente de mais de 90 s a fim de que o enriquecimento da austenita em carbono seja suficiente. Mas esse tempo não deve ser muito longo e deve ser, preferencialmente, não mais de 600 s, a fim de ter nenhuma ou quase nenhuma decomposição da austenita em uma estrutura semelhante à bainita. Em qualquer caso, a temperatura de envelhecimento PT deve ser escolhida como suficientemente alta dado o tempo de envelhecimento Pt que depende das características da linha de recozimento e na espessura da chapa, a fim de ter transferência suficiente de carbono a partir da martensita para a austenita, isto é, divisão suficiente.
[043] Em uma realização particular, a temperatura de envelhecimento PT é igual à temperatura ideal para revestimento de imersão a quente, isto é, entre 440 °C e 470 °C, e tipicamente cerca de 460 °C. Além disso, o envelhecimento pode ser feito pelo menos parcialmente pela passagem da chapa no banho de revestimento de imersão a quente. Nesse caso, a temperatura de envelhecimento está entre 5 s e 60 s. Se a camada de revestimento for ligada por aquecimento e mantida a uma temperatura entre 480 °C e 570 °C para a galvanização e recozimento, esse tratamento contribuirá para o envelhecimento do aço.
[044] Mais precisamente, com um aço que tem a composição a seguir: 0,15% < C < 0,25%, 4,5% < Mn < 5,5%, 1,4% < Si < 1,8%, 0,03% < Al < 2,5%, em que o restante é Fe e impurezas, é possível obter a chapa de aço de resistência alta que tem um limite de escoamento YS mais alta que 1.100 MPa, uma resistência à tração TS mais alta que 1.350 MPa e um alongamento uniforme UE de mais de 10% e um alongamento total TE de mais de 12% se o CMnIndex permanecer menor que 0,6%. Essas propriedades podem ser obtidas se a estrutura for essencialmente martensítica com um teor significante de austenita retida, que contém preferencialmente mais de 65% de martensita e mais de 20% de austenita retida, em que a soma dos teores de ferrita e bainita permanece menor que 10%.
[045] A chapa pode ser revestida ou não. Quando for revestida, a mesma pode ser galvanizada ou galvanizada e recozida.
[046] Para obter tal aço, é necessário recozer a chapa a uma temperatura mais alta que o ponto de transformação Ac3 do aço e resfriar bruscamente a mesma para uma temperatura menor que o ponto de transformação Ms após um reaquecimento para a temperatura de envelhecimento.
[047] Em relação ao ponto de transformação Ac3, pode ser notado que, para esse aço, o mesmo é menor que cerca de 750 °C quando o teor de Al for menor que 0,5%, enquanto o mesmo é cerca de 850 °C para os aços geralmente usados para produzir chapas de tal categoria. Essa diferença de cerca de 100 °C é muito importante devido ao fato de que é mais fácil aquecer uma chapa até uma temperatura que pode ser apenas mais alta que 750 °C que uma temperatura que deve ser mais alta que 850 °C. O aquecimento precisa de menos energia e pode ser mais rápido. Desse modo, é possível ter uma produtividade melhor em que, ao mesmo tempo, os pontos Ac1 e Ac3 não devem estar muito próximos devido ao fato de que, se estiverem, a robustez de aço será diminuída visto que uma mudança de temperatura de recozimento pequena induzirá a uma modificação grande de frações de fase e, consequentemente, a propriedades mecânicas instáveis.
[048] Quando o teor de Al estiver entre 1,4% e 2,5%, o ponto de transformação Ac3 pode ser mais alto que 850 °C, mas a soldabilidade do aço é melhorada.
[049] Com esse aço, também é possível obter as chapas que têm uma estrutura que contém pelo menos 50% de martensita, pelo menos 10% e preferencialmente pelo menos 15% de austenita retida e pelo menos 10% e preferencialmente pelo menos 15% de ferrita. Para isso, a temperatura de recozimento deve estar entre os pontos de transformação Ac1 e Ac3 e a temperatura de resfriamento brusco deve ser menor que o ponto de transformação Ms. o limite de escoamento pode ser mais alta que 1.300 MPa e o alongamento total pode ser de cerca de 14%, o que é muito bom para a formabilidade da chapa. Mas o limite de escoamento é apenas de cerca de 750 MPa.
[050] Com um aço que contém 0,15% a 0,25% de C, 6,5% a 7,5% de Mn, 1,4% a 1,8% de Si, menos 0,03% < Al < 2,5%, em que o restante é Fe e impurezas, é possível obter um limite de escoamento mais alta que 1.000 MPa e uma resistência à tração mais alta que 1.100 MPa com uma estrutura que consiste em martensita e austenita retida. Devido ao teor de Mn alto, os pontos de transformação Ac1 e Ms desse aço são reduzidos de modo significante: Ac1 menor que 450 °C e Ms menor que 250 °C. Além disso, Ac3 é reduzido se o teor de Al for menor que 0,5%. Nesse caso, Ac3 pode ser menor que 700 °C. Isso é útil, visto que tratamentos a quente são mais fáceis de realizar, isto é, o recozimento mais rápido e tratamentos de recozimento que consomem menos energia são possíveis.
[051] As chapas feitas de aços que têm as composições que são relatadas na Tabela I foram produzidas por laminação a quente, em que as chapas laminadas a quente têm uma espessura de 2,4 mm. As chapas laminadas a quente foram recozidas por batelada a 600 °C durante 5 horas, então decapadas e laminadas a frio para obter chapas que têm uma espessura de 1,2 mm. Então, essas chapas foram tratadas a quente.
[052] Antes do tratamento a quente, uma temperatura de resfriamento brusco ideal QTop foi determinada para cada composição. Essa temperatura de resfriamento brusco ideal é a temperatura na qual o resfriamento brusco deve teoricamente ser interrompida a fim de obter o teor de austenita máximo na estrutura após o tratamento a quente. Mas não é necessariamente a temperatura QT que é preferencial para escolha para o tratamento a quente real.
[053] Cada tratamento a quente incluiu um recozimento a uma temperatura de recozimento AT, um resfriamento brusco a uma temperatura de resfriamento brusco QT, e um envelhecimento a uma temperatura de envelhecimento PT durante um tempo de envelhecimento Pt. As estruturas e as propriedades mecânicas YS, TS, UE e TE foram medidas.
[054] O índice carbono-manganês CMnIndex, os valores dos pontos de transformação Ae1, Ae3 e Ms dos aços e a temperatura de resfriamento brusco ideal QTop são relatados na Tabela I. Os pontos de transformação Ae1 e Ae3 são os valores em equilíbrio e não dependem na velocidade de aquecimento, nem do tempo de retenção na temperatura de transformação contrária a Ac1 e Ac3 que são os pontos de transformação de aquecimento. Os valores dos pontos de transformação de aquecimento são sempre mais altos que os valores de equilíbrio e dependem das condições reais de tratamento. Aqueles versados na técnica sabem como determinar os valores dos pontos de transformação que devem ser considerados em cada caso específico. As condições, as estruturas e as propriedades mecânicas resultantes a partir dos tratamentos de aços de acordo com a invenção ou dados como uma comparação são relatados na Tabela II e na Tabela III. Os contraexemplos correspondentes a aços fora do escopo da invenção são relatados na Tabela IV. TABELA I
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[055] Nessa Tabela, as moldagens H166 e H167 são exemplos da invenção. As moldagens H240, H169 e H170 estão fora do escopo da invenção e são dadas como comparação.
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[056] Os exemplos 1 a 19 são relacionados ao aço que contém 0,2% de C, 5% de Mn, 1,6% de Si e 0,03% de Al, de acordo com a invenção. O exemplo 1 corresponde a um tratamento de resfriamento brusco e têmpera de acordo com a técnica anterior, em que o resfriamento brusco está na temperatura ambiente e a estrutura é quase completamente martensítica. Para o exemplo 19, o recozimento é intercrítico. Todos os exemplos 2 a 19 mostram que é possível obter um limite de escoamento mais alta que 700 MPa e uma resistência à tração mais alta que 1.100 MPa. Os exemplos 2, 3, 4, 12, 13,14 e 16 mostram que, com uma temperatura de resfriamento brusco igual ou menor que 160 °C e mais alta ou igual a 120 °C e uma divisão (ou envelhecimento) a 400 °C por 500 s, é possível obter um limite de escoamento de mais de 1.050 MPa e uma resistência à tração de mais de 1.350MPa. Mas, quando a temperatura de resfriamento brusco for mais alta que 160 °C (exemplos 5, 6, 7 e 15), até mesmo se a resistência à tração for pelo menos 1.342 MPa, o limite de escoamento permanece menor que 1.000 MPa. Os exemplos 2, 3, 4, 8, 9, 12, 14 e 19 mostram que é possível obter um alongamento uniforme UE de mais de 10% e um alongamento total TE de mais de 12%. Os exemplos 1, 6 e 7 para os quais o alongamento total é igual ao alongamento uniforme são muito quebradiços e mostram que devem permanecer menores que 180 °C. O exemplo 1 mostra que o limite de escoamento e a resistência à tração que são obtidas com um resfriamento brusco total são mais altas que com um resfriamento brusco parcial, mas as amostras são muito quebradiças.
[057] Os exemplos 20 a 25 de aço que têm um teor alto de alumínio e são, portanto, mais facilmente soldáveis, podem ter propriedades muito satisfatórias, por exemplo, um limite de escoamento de pelo menos 950 MPa, uma resistência à tração de pelo menos 1.315 MPa, um alongamento uniforme mais alto que 12% e um alongamento total mais alto que 15% (exemplos 20 e 21). Mas uma comparação com os exemplos 23 a 25 mostram que é preferencial que a temperatura de recozimento permaneça menor que 1.000 °C a fim de não prejudicar o limite de escoamento do alongamento uniforme.
[058] Os contraexemplos 27 a 32 mostram que, com um aço que contém 7,5% de manganês e que têm um equivalente de carbono Ceq > 0,6, é possível obter um limite de escoamento alta e uma resistência à tração alta (YS > 700 MPa e Ts > 100 MPa), mas todos os exemplos são muito quebradiços. Os alongamentos totais são sempre iguais aos alongamentos uniformes e são muito baixos.
[059] Os contraexemplos 33 a 38 mostram que, com o aço, H167 que tem um equivalente de carbono Ceq de 0,73 é muito quebradiço.
[060] Os contraexemplos 39 a 44 se referem a um aço que não contém silício que mostra que até mesmo o limite de escoamento e a resistência à tração são similares àquelas dos aços de acordo com a invenção, em que os alongamentos nunca são igualmente altos. O alongamento uniforme máximo é 6,7 e o alongamento total máximo é 9,4 (exemplo 41).

Claims (23)

1. MÉTODO PARA MANUFATURAR UMA CHAPA DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA caracterizado por a chapa de aço compreender uma resistência à tração de mais de 1100 MPa, um limite de escoamento de mais de 700 MPa, um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10,0%, a chapa sendo de um aço que contém na porcentagem em peso: 0,1% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 10% 1% < Si < 3% 0,03% < Al < 2,5% em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que: CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 sendo que o método compreende as etapas de: - recozer a chapa laminada feita do aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento TA acima do ponto de transformação Ac1 do aço e acima do ponto de transfrmação Ac3, mas abaixo de 1.000 °C, e manter a folha na temperatura de recozimento por 60 s a 200 s, - resfriar a chapa recozida a uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 190° e 80 °C, a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura logo após o resfriamento que contém martensita e austenita retida, em que a temperatura de resfriamento brusco QT se dá de modo que a estrutura do aço após o tratamento a quente contenha pelo menos 20% de austenita retida e pelo menos 65% de martensita, em que a soma dos teores de ferrita e bainita é menor que 10%, - manter a chapa de aço a uma temperatura de envelhecimento PT entre 350 °C e 500 °C por um tempo de envelhecimento Pt de mais de 5 s e, - resfriar a chapa até a temperatura ambiente.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a composição química do aço se dar de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6, em que a temperatura de recozimento AT é mais alta que 760 °C, em que a temperatura de resfriamento brusco QT é menor que 170 °C e em que a estrutura do aço contém entre 20% e 30% de austenita retida.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a temperatura de resfriamento brusco QT ser menor que 150 °C.
4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado por a temperatura de envelhecimento PT estar entre 380 °C e 470 °C e em que a chapa é mantida na temperatura de envelhecimento por um tempo Pt entre 90 s e 600 s.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a composição química do aço se dar de modo que: 0,15% < C < 0,25% 6,5% < Mn < 7,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e em que a temperatura de recozimento AT é mais alta que 710 °C, a temperatura de resfriamento brusco QT está entre 120 °C e 180 °C, a temperatura de envelhecimento PT está entre 350 °C e 470 °C e o tempo de envelhecimento Pt está entre 5 s e 600 s.
6. MÉTODO PARA MANUFATURAR UMA CHAPA DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA caracterizado por ter uma resistência à tração de mais de 1.100 MPa, um limite de escoamento de mais de 700 MPa, um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10,0%, feita de um aço que contém na porcentagem em peso: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que: CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 sendo que o método compreende as etapas de: - recozer a folha laminada feita do aço embebendo-se a mesma a uma temperatura de recozimento TA mais alta que o ponto de transformação Ac1 do aço, mas menor que 1.000 °C e menor que o ponto de transformação Ac3 do aço, - resfriar a folha recozida a uma temperatura de resfriamento brusco QT entre 110° e 170 °C, a uma velocidade de resfriamento suficiente para obter uma estrutura logo após o resfriamento que contém martensita e austenita retida, - manter a folha de aço a uma temperatura de envelhecimento PT entre 350 °C e 500 °C por um tempo de envelhecimento Pt entre 5 s e 600 s, - resfriar a folha até a temperatura ambiente, em que a estrutura do aço contém pelo menos 15% de ferrita, pelo menos 50% de martensita e pelo menos 15% de austenita retida.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a composição química do aço se dar de modo que: 0,03% < Al < 0,5%
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a composição química do aço se dar de modo que: Si + Al > 1,4%
9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a composição química do aço se dar de modo que: 1,4% < Al < 2,5%
10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a temperatura de envelhecimento PT estar entre 440 °C e 470 °C e a chapa é mantida na temperatura de envelhecimento por um tempo Pt entre 5 s e 60 s.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por pelo menos uma parte do mantimento na temperatura de envelhecimento ser feita passando-se a chapa em um banho de revestimento de imersão a quente.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, após passar em um banho de revestimento de imersão a quente e antes do resfriamento até a temperatura ambiente, a chapa ser adicionalmente mantida a uma temperatura entre 480 °C e 570 °C.
13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por o recozimento, o resfriamento brusco e o envelhecimento serem feitos em uma linha de tratamento a quente contínuo, como uma linha de recozimento contínuo, a qual compreende opcionalmente uma seção de revestimento a quente.
14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a chapa laminada ser preparada por laminação e em que a preparação da chapa por laminação compreende laminação a quente e, opcionalmente, laminação a frio.
15. CHAPA DE AÇO que tem uma resistência à tração de mais de 1100 MPa, um limite de escoamento de mais de 700 MPa, um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10,0%, caracterizada por a composição química do aço contém na percentagem em peso: 0,1% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 10% 1 < Si < 3% 0,03% < Al < 2,5% em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que: CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e em que a estrutura do aço contém pelo menos 20% de austenita retida e pelo menos 65% de martensita, em que a soma dos teores de ferrita e bainita é menor que 10%.
16. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por a composição química do aço se dar de modo que: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6.
17. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada por o limite de escoamento YS ser mais alto que 1100 MPa, a resistência à tração TS é mais alta que 1350 MPa, o alongamento uniforme UE é de mais de 10% e o alongamento total TE é de mais de 12%.
18. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por a composição química do aço se dar de modo que: 0,15% < C < 0,25% 6,5% < Mn < 7,5% 1,4% < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6 e em que o limite de escoamento YS é mais alta que 1000 MPa e a resistência à tração TS é mais alta que 1100 MPa.
19. CHAPA DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA que tem uma resistência à tração de mais de 1.100 MPa, um limite de escoamento de mais de 700 MPa, um alongamento uniforme UE de pelo menos 8,0% e um alongamento total de pelo menos 10,0%, caracterizada por a composição química do aço conter na percentagem em peso: 0,15% < C < 0,25% 4,5% < Mn < 5,5% 1,4 < Si < 1,8% 0,03% < Al < 2,5% em que o restante é Fe e impurezas resultantes a partir da fundição, em que a composição se dá de modo que: CMnIndex = Cx(1 + Mn/3,5) < 0,6, e em que a estrutura do aço compreende pelo menos 15% de ferrita, pelo menos 50% de martensita e pelo menos 15% de austenita retida.
20. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizada por a composição química do aço se dar de modo que: 0,03% < Al < 0,5%
21. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizada por a composição química do aço se dar de modo que: Si + Al > 1,4%
22. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizada por a composição química do aço se dar de modo que: 1,4% < Al < 2,5%
23. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizada por pelo menos uma de suas faces compreender um revestimento metálico.
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