BR112017008044B1

BR112017008044B1 - Método para a produção de um aço nitretado para embalagem e produto de aço plano laminado a frio para utilização como aço para embalagem

Info

Publication number: BR112017008044B1
Application number: BR112017008044-3A
Authority: BR
Inventors: Blaise Massicot; Manuel Köhl; Burkhard Kaup; Reiner Sauer; Ricarda Klemmer; Chrysanthus Kiewitz
Original assignee: Thyssenkrupp Rasselstein Gmbh; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2021-09-08
Also published as: JP6530488B2; CN106795574A; EP3736348B1; DE102014116929B3; BR112017008044A2; CA2961428A1; AU2015349052B2; KR20170082514A; AU2015349052A2; WO2016078784A1; ES2806523T3; EP3221477B1; EP3736348C0; CA2961428C; KR102031025B1; AU2015349052A1; EP3736348A1; US20170226609A1; ES2953188T3; EP3221477A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um método para a produção de um aço nitretado para embalagem a partir de um produto de aço laminado a quente com um teor de carbono de 400 a 1200 ppm, caracterizado pelo fato de ser por um laminado a frio do produto de aço para um produto de aço plano, o subsequente recozimento por recristalização do produto de aço plano laminado a frio em um forno de recozimento, em particular um forno de recozimento contínuo, em que um gás contendo nitrogênio é fornecido para dentro do forno de recozimento e é direcionado no produto de aço plano de modo a introduzir nitrogênio não ligado no produto de aço plano em uma quantidade correspondente a uma concentração superior a 100 ppm ou para aumentar a quantidade de nitrogênio não ligado no produto de aço plano a uma concentração superior a 100 ppm e subsequente arrefecimento do produto de aço plano recozido recristalizado a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 k / s diretamente após o recozimento da recristalização. utilizando este método, os produtos de aço plano laminados a frio podem ser produzidos para fins de embalagem com uma resistência à tração superior a 650 mpa e em particular entre 700 e 850 mpa.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para a produção de um aço nitretado para embalagem e um aço para embalagem produzido com o método na forma de produto de aço plano laminado a frio.

[002] É conhecido da técnica anterior aumentar a resistência dos aços incorporando nitrogênio não ligado dissolvido no aço. A incorporação de nitrogênio não ligado no aço é designada por nitretação e representa um método conhecido para o endurecimento de aço e de produtos de aço.

[003] A nitretação de produtos planos de aço, como a chapa de aço ou as tiras de aço, que são prescritas para a produção de embalagens (a seguir designado por aço para embalagem), é também conhecida da técnica anterior. Por exemplo, uma chapa de aço para fins de embalagem e um método para a sua produção estão descritos na EP 0 216 399 B1, a chapa de aço sendo produzida a partir de um aço de carbono-manganês fundido continuamente e vazado de alumínio e tendo adquirido uma quantidade de nitrogênio dissolvido não ligado por nitretação em que a quantidade mínima de nitrogênio não ligado é definida em função da categoria de dureza desejada da chapa de aço (por exemplo, a categoria de dureza T61 do padrão europeu 145 - 78) e tem uma quantidade de nitrogênio não ligado de pelo menos 5 ppm. A composição química da chapa de aço aqui descrita em relação ao teor de carbono e manganês corresponde aos aços moles usuais e tem um teor de carbono na faixa de 0,03 a 0,1 % em peso e um teor de manganês de 0,15 a 0,5 % em peso. A chapa de aço é caracterizada por um elevado limite de elasticidade na faixa de 350 a 550 N / mm2. É indicado um valor máximo de 100 ppm para a quantidade de nitrogênio não ligado dissolvido no aço e justifica-se pelo fato de a chapa de aço com um teor elevado de nitrogênio não ligado não poder mais ser laminada a frio devido ao aumento de resistência relacionado com o mesmo e, por conseguinte, não é adequado para o uso proposto como o aço para embalagem laminado a frio.

[004] No método para a produção deste aço para embalagem conhecido, um aço é inicialmente vazado continuamente, depois laminado a quente, laminado a frio, tratamento térmico de recozimento de recristalização e finalmente laminado a quente. O pós-tratamento térmico ocorre após a laminagem por têmpera, no qual as deslocações livres que são formadas neste aço por laminagem de têmpera são fixadas pelo nitrogênio não ligado introduzido pela nitretação para aumentar a dureza e o limite de elasticidade acima dos valores após a laminagem. O pós- tratamento térmico pode então convenientemente ser combinado com outro tratamento térmico do aço laminado temperado, o qual é conduzido de qualquer forma no contexto da produção de aço para embalagem, por exemplo, durante a fusão de uma camada de estanho aplicada eletroliticamente à superfície do aço ou durante a queima de uma camada de revestimento aplicada à superfície da chapa de aço.

[005] Devido ao limite superior proposto na EP 0 216 399 B1 para a quantidade de nitrogênio não ligado dissolvido no aço de 100 ppm, as resistências deste aço para embalagem conhecido são limitadas. Parece ser possível, em princípio, produzir chapas de aço com um teor ainda maior de nitrogênio não ligado no aço de modo a obter resistências à tração superiores a 600 MPa. Por exemplo, os aços nitretados com um teor de nitrogênio até 250 ppm e até 400 ppm estão descritos nos documentos EP 1 342 798 B1 e DE 1 433 690 A1. Contudo, tais teores elevados de nitrogênio não ligados no aço não foram atingidos na prática.

[006] A nitretação de um aço pode ser introduzida no processo de produção de aço por incorporação de nitrogênio no aço fundido, por exemplo, por sopragem com gás nitrogênio N2. Um método para a nitretação de produtos fundidos de aço na produção de aço no processo básico de fabricação de aço em oxigénio é descrito, por exemplo, em DE 2 237 498. Produtos de aço planos, especialmente tiras de aço podem ser nitretados por condicionamento de superfície, por exemplo, por difusão de nitrogênio na superfície da chapa de aço, que pode ocorrer, por exemplo, por nitretação de gás em uma atmosfera de amônia à ligeira sobrepressão, por nitretação em banho de sal contendo nitrogênio ou por nitretação de plasma. Uma camada de ligação superficial dura e uma zona de difusão subjacente na qual o nitrogênio é incorporado na matriz de aço (ferrítica) a uma determinada profundidade é formada na superfície da chapa de aço pela difusão de nitrogênio.

[007] O problema da invenção é mostrar um produto de aço plano (chapa de aço ou tira de aço) para a produção de embalagens, que tem a maior resistência possível com bom alongamento à ruptura e boas propriedades de deformação ao mesmo tempo. Deve ser disponibilizado um aço para embalagem com resistências de pelo menos 600 MPa com um alongamento à ruptura de pelo menos 5 %. O aço para embalagem de maior resistência deve então simultaneamente ter deformabilidade suficiente para a aplicação proposta como aço para embalagem, por exemplo, no processo de estiramento ou de passar a ferro, de modo que as embalagens pretendidas possam ser produzidas a partir do produto de aço plano, por exemplo, latas de bebidas ou de alimentos. O aço para embalagem presente como produto de aço plano deve então ter as espessuras usuais na faixa de folhas finas e ultrafinas, que normalmente estão na faixa de 0,1 a 0,5 mm (folha ultrafina) ou 0,5 a 3 mm (folha fina) e são produzidas por laminagem a frio.

[008] Estes problemas são resolvidos pelo e por um aço para embalagem nitretado na forma de um produto de aço plano com as características da invenção. As variantes preferidas do método de acordo com a invenção e o aço para embalagem são encontradas nas concretizações.

[009] Um aço nitretado para embalagem com um teor de carbono de 400 a 1200 ppm e uma quantidade de nitrogênio não ligado, dissolvido no aço, superior a 100 ppm e preferencialmente superior a 150 ppm e especialmente superior a 210 ppm, pode ser produzido com o método de acordo com a invenção, caso no qual um produto de aço laminado a quente e opcionalmente já nitretado é inicialmente laminado a frio para um produto de aço plano, o produto de aço plano laminado a frio é então submetido a um tratamento térmico de recozimento de recristalização em um forno de recozimento, caso em que um gás contendo nitrogênio é introduzido no forno de recozimento e direcionado para a superfície de aço plano de modo a introduzir nitrogênio não ligado no produto de aço plano em uma quantidade correspondente a uma concentração superior a 100 ppm ou para aumentar a quantidade de nitrogênio não ligado no produto de aço plano para uma concentração superior a 100 ppm. Diretamente após o recozimento, este produto de aço plano é arrefecido a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s. Por um lado, uma estrutura multifásica é formada neste processo no produto de aço plano, que inclui ferrita e pelo menos um dos componentes estruturais martensita, bainita, troostita / perlita e/ou austenita residual. Os produtos de aço com essa estrutura têm uma resistência aumentada em relação aos aços monofásicos. Por outro lado, o teor de nitrogênio no aço é aumentado para faixas de valores (superiores a 100 ppm) que causam um aumento de resistência por nitretação do produto de aço plano durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização.

[0010] Demonstrou-se que o teor de carbono do aço deve ser pelo menos 0,04 % em peso para a formação de uma estrutura multifásica. O limite superior do teor de carbono está estipulado pelos limites superiores exigidos pelos padrões para a embalagem de aço de cerca de 0,12 % em peso (conforme definido no padrão ASTM A623-11) e, por outro lado, tecnologicamente, pela capacidade de laminagem a frio, na qual, de acordo com a experiência, um produto de aço laminado a quente com mais de 0,12 % em peso de teor de carbono só pode ser laminado a frio com dificuldade considerável.

[0011] A nitretação do aço pode então ocorrer convenientemente em duas fases. Em uma primeira fase, um aço fundido é nitretado para um teor de nitrogênio de 160 ppm máximo por fornecimento de nitrogênio ao aço fundido, por exemplo, sob a forma de um gás contendo nitrogênio e / ou um sólido contendo nitrogênio. Uma laje é moldada a partir da fusão de aço tão nitretado e laminado a quente para uma tira quente. A tira quente é depois decapada, se necessário (após arrefecimento até a temperatura ambiente) e laminada a frio para um produto de aço plano (chapa de aço ou tira de aço). O produto de aço plano laminado a frio é então submetido a um tratamento térmico de recozimento de recristalização no forno de recozimento. A segunda fase de nitretação é então conduzida no forno de recozimento introduzindo um gás contendo nitrogênio no forno de recozimento e direcionando-o para o produto de aço plano de modo a aumentar ainda mais a quantidade de nitrogênio não ligado no aço acima da quantidade de nitrogênio já introduzida na primeira fase de nitretação.

[0012] O recozimento em duas fases do aço para embalagem assegurar que a tira quente possa ser laminada a frio sem problemas para um produto de aço plano, especialmente uma tira de aço com o equipamento de laminagem a frio (rolos de trens) normalmente utilizado para a produção de aços para embalagens. Isto é possível pelo fato de um teor de nitrogênio não ligado de no máximo 160 ppm ser introduzido no aço fundido durante a primeira fase de nitretação. A tira quente produzida por laminagem a quente a partir da fusão de aço nitretado permanece laminada a frio com estes teores de nitrogênio de modo que uma chapa fina ou ultrafina pode ser produzida por laminagem a frio a partir da tira quente nas espessuras habituais para fins de embalagem. Teores mais elevados de nitrogênio na fusão de aço também conduzem a defeitos indesejados no molde de laje a partir da fusão de aço. A resistência desejada do aço para embalagem, de preferência superior a 600 MPa, é conseguida durante a laminagem a frio e na segunda fase de nitretação do produto de aço plano durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização. Pode-se assim produzir um produto de aço plano, especialmente tiras de aço, com espessuras na faixa de chapas finas e ultrafinas, especialmente na faixa de 0,1 a 0,5 mm, para utilização como aço para embalagem com elevada resistência à tração e alto alongamento à ruptura de preferência a pelo menos 5 % ao mesmo tempo sem sofrer uma limitação nas propriedades de deformação.

[0013] Nos exemplos das modalidades preferidas do método de acordo com a invenção, a nitretação do aço fundido na primeira fase ocorre pela introdução de nitrogênio gasoso (N2) e / ou cianamida cálcica (CaCN2) e / ou nitrato de manganês (MnN) na fusão de aço.

[0014] A nitretação do produto de aço plano na segunda fase ocorre preferencialmente pela introdução de gás de amônia (NH3) no forno de recozimento, no qual este produto de aço plano é submetido a um tratamento térmico de recozimento de recristalização. O gás de amônia é então convenientemente aplicado por bicos de pulverização sobre a superfície do produto de aço plano. A quantidade de gás de amônia introduzido no forno de recozimento é de preferência ajustada de modo que o equilíbrio de amônia com uma concentração de amônia na faixa de 0,05 a 15 % seja ajustado no forno de recozimento (em % em peso, em relação à atmosfera de gás no forno de recozimento). A concentração de amônia no forno de recozimento necessária para a nitretação eficaz depende então da temperatura no forno de recozimento. A temperaturas ideais na faixa de 600 a 650 °C, uma concentração de amônia na faixa de 0,05 a 1,5 % em peso já é suficiente para incorporar as quantidades desejadas de nitrogênio não ligado (nitrogênio intersticial) no produto de aço plano durante a nitretação. A temperaturas mais elevadas, especialmente acima de 700 °C, a concentração de amônia no forno de recozimento deve ser escolhida correspondentemente mais elevada (até 15 % em peso) para incorporar nitrogênio no produto de aço plano em quantidades que valem a pena. A concentração de amônia no forno de recozimento é de preferência detectada por um sensor de amônia e o valor medido detectado da concentração de equilíbrio de amônia é utilizado para o controle da quantidade de gás de amônia introduzida por unidade de tempo no forno de recozimento. Por conseguinte, pode ser assegurada uma concentração de gás de amônia igual no forno de recozimento e assim a nitretação homogênea de um produto de aço plano com qualidade equivalente ao longo do tempo de produção de uma tira de aço e uma concentração homogênea de nitrogênio ao longo do comprimento da tira de aço.

[0015] Para evitar processos de oxidação é introduzido no forno de recozimento um gás inerte, por exemplo, nitrogênio gasoso e / ou hidrogênio gasoso ou uma sua mistura durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização no forno de recozimento, para além do gás de amônia utilizado para a nitretação, por exemplo, em uma composição de 95 % em peso de nitrogênio gasoso e 5 % em peso de hidrogênio gasoso. O forno de recozimento atua também como uma câmara inerte selada. A tira de aço passada através da fase de recozimento não entra, portanto, em contato com um ambiente oxidante e especialmente o oxigênio atmosférico durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização e a nitretação até ao arrefecimento, pelo qual a formação de camadas de óxido sobre a superfície da tira de aço pode ser evitada.

[0016] As quantidades totais de nitrogênio não ligado introduzidas pela nitretação em duas fases do aço para embalagem situam-se entre 100 e 500 ppm, preferencialmente acima de 150 ppm e especialmente entre 210 e 350 ppm. Durante a nitretação em duas fases, é introduzido no aço fundido um teor de nitrogênio máximo de 160 ppm na primeira fase durante a nitretação do aço fundido. A manutenção de um limite superior de cerca de 160 ppm para o teor de nitrogênio não ligado no aço fundido assegura que não sejam formados defeitos na laje produzida a partir do aço fundido, por exemplo, sob a forma de poros e fissuras que podem oxidar a partir do oxigênio circundante. A tira quente produzida a partir da laje também permanece laminável a frio com um teor de nitrogênio de no máximo 160 ppm. Alternativamente, a nitretação pode também ocorrer em uma fase, caso no qual a nitretação do produto de aço plano laminado a frio ocorre apenas por exposição a um gás contendo nitrogênio no forno contínuo durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização.

[0017] A quantidade de nitrogênio não ligado que pode ser incorporada (opcionalmente, como uma segunda fase) durante a nitretação do produto de aço plano no forno de recozimento por exposição a um gás contendo nitrogênio (opcionalmente, adicionalmente) situa-se na faixa de 100 a 350 ppm. Quando são utilizadas ambas as fases de nitretação, a quantidade total de nitrogênio não ligado no aço para embalagem produzido de acordo com a invenção é preferencialmente superior a 150 ppm, e especialmente superior a 210 ppm, podendo por isso ser introduzida até 500 ppm. Podem assim ser obtidas resistências à tração de mais de 650 MPa e até 1000 MPa, em que uma relação linear entre o teor de nitrogênio não ligado e a resistência à tração foi estabelecida e resistências à tração de cerca de 650 MPa, por exemplo, requerem um conteúdo de nitrogênio não ligado de cerca de 210 ppm.

[0018] A estrutura multifásica do aço produzido pelo tratamento térmico de acordo com a invenção contribui para um aumento da resistência do produto de aço plano laminado a frio, além da nitretação. Para formar uma estrutura multifásica, o produto de aço plano laminado a frio durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização é aquecido em uma etapa de aquecimento até uma temperatura acima da temperatura Ac1 (que está geralmente a cerca de 723 °C na composição de liga empregada do aço). Mostrou-se que o produto de aço plano tem de ser aquecido pelo menos brevemente a uma temperatura acima da temperatura Ac1 de modo a formar uma estrutura multifásica. O aquecimento pode então ocorrer quer por radiação térmica no forno de recozimento, quer também de forma indutiva ou condutora, em que podem ser conseguidas taxas de aquecimento muito elevadas superiores a 500 K / s por aquecimento indutivo ou condutor. Durante o seu aquecimento, o produto de aço plano laminado a frio é mantido durante um tempo de aquecimento suficientemente longo a temperaturas acima da temperatura de tratamento térmico de recozimento de recristalização para o produto de aço plano de modo que a deformabilidade do produto de aço plano laminado a frio seja restabelecida. Após aquecimento (pelo menos breve) a uma temperatura acima da temperatura Ac1, o produto de aço plano é rapidamente arrefecido, em que deve ser mantida uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s e de preferência mais de 150 K / s para formar uma estrutura de fase múltipla no aço.

[0019] A fim de assegurar condições térmicas ideais no forno de recozimento tanto para o tratamento térmico de recozimento de recristalização como para a formação de uma estrutura multifásica e para a nitretação, o produto de aço plano é convenientemente sujeito no forno de recozimento a um ciclo de recozimento com perfis de temperatura estipulados. Em um primeiro exemplo da modalidade para um tal ciclo de recozimento, o produto de aço plano laminado a frio é aquecido em um forno de recozimento contínuo (por radiação térmica) em uma primeira etapa de aquecimento inicialmente a partir da temperatura ambiente a uma taxa de aquecimento de 15 a 25 K / s e especialmente 20 K / s a uma temperatura de retenção acima da temperatura de recristalização, mas ainda abaixo da temperatura Ac1 e especialmente na faixa de 600 a 650 °C, e depois mantida a esta temperatura de manutenção (Th) durante um período de retenção. Durante o período de retenção, que se situa convenientemente na faixa de 80 a 150 segundos e, por exemplo, a cerca de 100 a 110 segundos, o produto de aço plano é exposto à nitretação com o gás contendo nitrogênio à temperatura de retenção (Th). A temperatura de retenção (Th) é então convenientemente escolhida de modo que a incorporação mais eficiente de nitrogênio no produto de aço plano possível pode ser assegurada. Mostrou-se que este é o caso especialmente na faixa de temperaturas entre 600 e 650 °C. A concentração de amônia no forno de recozimento pode então ser estabelecida em valores baixos na faixa de 0,05 a 1,5 % em peso.

[0020] Imediatamente após a nitretação no forno de recozimento, o produto de aço plano é aquecido em uma segunda fase de aquecimento até uma temperatura de recozimento (Tg) acima da temperatura Ac1 e, de preferência, entre 740 °C < Tg < 760 °C e depois arrefecida a uma temperatura de arrefecimento superior a 100 K / s. A taxa de aquecimento na segunda etapa de aquecimento é então preferencialmente superior a 100 K / s e especialmente superior a 500 K / s, em que o aquecimento ocorre convenientemente de forma indutiva ou condutora na segunda etapa de aquecimento para atingir tais taxas de aquecimento elevadas. Podem ser obtidas taxas de aquecimento superiores a 1000 K / s por aquecimento indutivo ou condutor.

[0021] O arrefecimento à taxa de arrefecimento preferida superior a 100 K / s pode ocorrer quer por meio de uma corrente de gás frio (de preferência um gás inerte, tal como hidrogênio ou nitrogênio) quer pela introdução do produto de aço plano em um líquido de resfriamento brusco (por exemplo, um reservatório de água), caso em que o produto de aço plano é de preferência arrefecido até a temperatura ambiente.

[0022] Em um segundo exemplo de modalidade para um ciclo de recozimento, o produto de aço plano laminado a frio é inicialmente aquecido em um forno de recozimento contínuo (por radiação térmica) em uma etapa de aquecimento (único) inicialmente a partir da temperatura ambiente a uma taxa de aquecimento de convenientemente mais do que 15 K / s a uma temperatura de retenção (Th) acima da temperatura Ac1, e especialmente na faixa de 740 °C a 760 °C, e mantido em uma etapa de retenção subsequente durante um tempo de retenção a esta temperatura de retenção (Th), em que o produto de aço plano laminado a frio é exposto à nitretação com o gás contendo nitrogênio durante a etapa de aquecimento e / ou durante a etapa de retenção. O produto de aço plano durante a etapa de aquecimento é de preferência exposto ao gás contendo nitrogênio, uma vez que foi demonstrado que a nitretação é mais eficiente a temperaturas inferiores a cerca de 700 °C e especialmente na faixa de temperaturas de 600 a 660 °C. O tempo de retenção, durante o qual o produto de aço plano é mantido a temperaturas acima da temperatura Ac1, encontra-se convenientemente na faixa de 80 a 150 segundos e, por exemplo, a cerca de 100 a 110 segundos.

[0023] Uma variedade de bicos de pulverização é utilizada para nitretar com um produto de aço plano no forno de recozimento, com o qual um gás contendo nitrogênio, tal como o gás de amônia, pode ser uniformemente aplicado à superfície do produto de aço plano que passa através do forno de recozimento. Durante a produção de uma tira de aço, que é passada através do forno de recozimento a uma velocidade de tira de pelo menos 200 m / min, os vários bicos de pulverização são dispostos em toda a direção de curso da tira e de preferência equidistantes uns dos outros. É assim possível a nitretação homogênea com um produto de aço plano sobre toda a superfície.

[0024] Ao registar a concentração de gás contendo nitrogênio introduzida no forno de recozimento, pode ser assegurado que durante a passagem da tira de aço através do forno de recozimento seja mantida uma atmosfera de nitrogênio idêntica no forno de recozimento. Isto permite a nitretação homogênea da tira de aço sobre o seu comprimento.

[0025] Pode ser estabelecido por experiências comparativas que, por nitretação do aço para embalagem produzido de acordo com a invenção, não só pode ser aumentada a sua resistência, mas também é melhorada a deformabilidade, devido ao teor mais elevado de nitrogênio não ligado no aço. Isto é encontrado em particular nos aços para embalagem produzidos de acordo com a invenção que são revestidos com um verniz. Em aços para embalagem revestidos com verniz convencionais, observa-se uma redução abrupta do alongamento à ruptura do produto de aço plano com maior resistência após o tratamento térmico necessário para a cozedura durante o revestimento. Este fenômeno não é observado nos produtos de aço plano nitretados produzidos de acordo com a invenção. Neste caso, mesmo com resistências muito altas de mais de 650 MPa, não é observada redução do alongamento à ruptura após tratamento térmico durante o revestimento (endurecimento por cozedura). Isto pode ser explicado pelo fato de o elevado teor de nitrogênio não ligado presente devido à nitretação em dois estágios e à distribuição muito homogênea de nitrogênio no aço bloqueia quaisquer deslocações que estejam presentes e estas deslocações bloqueadas por átomos de nitrogênio livres são repentinamente dissolvidas em grandes números durante a deformação do produto de aço plano assim que uma tensão de tração aplicada é aumentada para além de um valor limite. Devido a isso, as numerosas deslocações liberadas pela deformação do bloqueio de nitrogênio migram no aço de modo que a deformabilidade é melhorada.

[0026] Estas e outras vantagens do aço para embalagem produzido de acordo com a invenção são evidentes a partir do exemplo de modalidade seguinte descrito com referência aos desenhos anexos. Os desenhos mostram: Figura 1: representação esquemática de um primeiro exemplo de modalidade de um forno de recozimento, no qual o recozimento por nitretação e recristalização de um produto de aço plano é conduzido de acordo com o método da invenção; Figura 2: representação esquemática de um segundo exemplo de modalidade de um forno de recozimento, no qual o recozimento por nitretação e recristalização de um produto de aço plano é conduzido de acordo com o método da invenção; Figura 3: representação gráfica do perfil de temperatura temporal dos ciclos de recozimento conduzidos no forno de recozimento da figura 1 durante o desempenho do método da invenção.

[0027] Em um primeiro exemplo de modalidade do método de acordo com a invenção, é utilizado como produto de partida um produto de aço produzido e laminado a quente em vazamento contínuo com uma espessura na faixa de 2 a 15 mm de espessura e um teor de carbono de 400 a 1200 ppm. A composição da liga do aço cumpre então convenientemente os valores-limite estipulados pelos padrões para a embalagem de aço (conforme definido, por exemplo, no padrão ASTM A623-11 "Especificação Padrão para Produtos de Fábrica de Estanho" ou no padrão europeu EN 10202). O produto de aço utilizado como produto de partida tem, de preferência, os seguintes limites superiores para a fração em peso de componentes de liga (para tornar o produto final compatível com os padrões citados para a embalagem de aço): - C: máx. 0,12 %, - Mn: máx. 0,4 %, - Si: máx. 0,04 %, de preferência inferior a 0,02 %; - Al: máx. 0,1 %, de preferência inferior a 0,08 %; - Cr: máx. 0,1 %, de preferência inferior a 0,08 %; - P: máx. 0,03 %, de preferência inferior a 0,02 %; - Cu: máx. 0,1 %, de preferência inferior a 0,08 %; - Ni: máx. 0,15 %, de preferência inferior a 0,08 %; - Sn: máx. 0,04 %, de preferência inferior a 0,02 %; - As: máx. 0,02 %, - S: máx. 0,03 %, de preferência inferior a 0,02 %; - Mo: máx. 0,05 %, de preferência inferior a 0,02 %; - V: máx. 0,04 %; - Ti: máx. 0,05 %, de preferência inferior a 0,02 %; - Nb: máx. 0,05 %, de preferência inferior a 0,02 %; - B: máx. 0,005 %; - outros componentes de ligas, incluindo impurezas: máx. 0,05 %; - ferro restante.

[0028] Um produto de aço com uma tal composição de liga é laminado a frio no método de acordo com a invenção inicialmente com uma redução de espessura de 50 % a 96 % até uma espessura final na faixa de folhas finas ou ultrafinas (cerca de 0,1 a 0,5 mm) para um produto de aço plano (chapa de aço ou tira de aço). O produto de aço é convenientemente laminado para uma tira de aço e enrolado como uma bobina. De acordo com a invenção, o produto de aço plano é então introduzido em um forno de recozimento para tratamento térmico de recozimento de recristalização, por um lado, e nitretação, por outro lado, de concentrações de nitrogênio superiores a 100 ppm e preferencialmente superiores a 210 ppm. Imediatamente após o tratamento térmico de recozimento de recristalização, o produto de aço plano é arrefecido de acordo com a invenção a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s convenientemente até a temperatura ambiente.

[0029] Para restabelecer a estrutura cristalina do aço destruído durante a laminagem a frio do produto de aço, a banda de aço laminada a frio deve ser submetida a um tratamento térmico de recozimento de recristalização. Isto ocorre de acordo com a invenção passando a tira de aço laminada a frio através de um forno de recozimento, que é convenientemente concebido como um forno de recozimento contínuo através do qual o produto de aço plano convenientemente presente como uma tira de aço é passado com uma velocidade de mais de 200 m / min. O produto de aço plano, subsequentemente referido como tira de aço, é aquecido no forno de recozimento a temperaturas acima do ponto de recristalização do aço e pelo menos brevemente acima da temperatura Ac1. A nitretação da tira de aço ocorre no método de acordo com a invenção simultaneamente com o tratamento térmico de recozimento de recristalização. Isto também é conduzido no forno de recozimento pela introdução de um gás contendo nitrogênio, preferencialmente amônia (NH3), ao forno de recozimento e passando-o para a superfície da tira de aço. A fim de criar condições ideais (de temperatura) no forno de recozimento para o tratamento térmico de recozimento de recristalização e nitretação, a tira de aço é submetida ao forno de recozimento a um ciclo de recozimento (processo de recozimento com uma tendência à temperatura da tira de aço alternando com o tempo). Os ciclos de recozimento preferidos são explicados abaixo com referência à figura 3:

[0030] Na Figura 3 (a) está ilustrado um primeiro exemplo de modalidade para um ciclo de recozimento apropriado na forma do perfil temporal da temperatura (T) da tira de aço passada através do forno de recozimento. A tira de aço é aquecida neste ciclo de recozimento no forno de recozimento inicialmente em uma primeira etapa de aquecimento I da temperatura ambiente até uma temperatura de retenção (Th). O aquecimento da tira de aço na primeira etapa de aquecimento ocorre então por radiação térmica no forno de recozimento aquecido com uma taxa de aquecimento (comparativamente limitada) de 15 a 25 K / s, e especialmente cerca de 20 K / s. A temperatura de retenção (Th) situa-se convenientemente logo acima da temperatura de recristalização do aço e de preferência na faixa de 600 a 650 °C. A temperatura da tira de aço é mantida em um passo de retenção II após a primeira etapa de aquecimento I depois da temperatura de manutenção (Th) durante um primeiro tempo de retenção (th1) de cerca de 60 a 200 segundos, e preferencialmente de cerca de 80 a 150 segundos, especialmente cerca de 100 a 110 segundos. Durante a etapa de retenção II, a tira de aço é exposta em uma fase de nitretação A, de preferência durante todo o tempo de retenção (th1), a um gás contendo nitrogênio de modo a nitretar a tira de aço (isto é, aumentar a concentração de nitrogênio não ligado no aço a valores superiores a 100 ppm e de preferência superiores a 210 ppm). Após a conclusão do primeiro tempo de retenção (th1), a tira de aço é aquecida em uma segunda etapa (curta) de aquecimento III muito rapidamente (de preferência dentro de um curto tempo de aquecimento entre 0,1 s e 10) a uma taxa de aquecimento superior a 100 K / S e de preferência mais de 500 K / s a uma temperatura acima da temperatura Ac1 do aço, especialmente a temperaturas na faixa de 725 a 800 °C. A segunda etapa de aquecimento III é então conduzida no forno de recozimento para aquecimento indutivo ou condutor da tira de aço. Para este efeito, o aquecimento por indução ou por condução está disposto dentro do forno de recozimento através do qual a tira de aço é passada na segunda etapa de aquecimento III. Uma segunda etapa de retenção curta IV segue a segunda etapa de aquecimento III, na qual a tira de aço é passada através de aquecimento de indução ou de condução e a sua temperatura é mantida durante um segundo tempo de retenção (curto) (th2), que se situa na faixa de alguns segundos (entre 0,1 e 10 segundos e especialmente cerca de 2 segundos), acima da temperatura Ac1.

[0031] Após o recozimento, a tira de aço é removida do forno de recozimento e arrefecida em uma etapa de arrefecimento V fora do forno de recozimento a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s até a temperatura ambiente. A etapa de arrefecimento V é seguida imediatamente pelo segundo tempo de retenção (curto) (th2). O arrefecimento pode então ocorrer por meio de uma corrente de gás frio, que é direcionada para a superfície da tira de aço, ou por introdução da tira de aço em um líquido de arrefecimento, por exemplo, em um banho de água. Quando se utiliza um líquido de arrefecimento, podem ser obtidas taxas de arrefecimento mais elevadas na faixa muito superior a 1000 K / s. O resfriamento brusco da tira de aço com um líquido de arrefecimento, no entanto, é mais exigente em termos de equipamento.

[0032] O aquecimento pelo menos breve do produto de aço plano a temperaturas acima da temperatura Ac1 (cerca de 723 °C) assegura a entrada do aço durante o ciclo de recozimento da figura 3 (a) na região de duas fases (ferro alfa- e faixa-), o que permite novamente a formação de uma estrutura multifásica durante o subsequente (rápido) arrefecimento. Ao mesmo tempo, a nitretação pode ser conduzida neste ciclo de recozimento durante a primeira etapa de retenção II a temperaturas muito mais baixas (na faixa de 600 a 650 °C), o que torna possível uma maior eficiência de nitretação e menor consumo de gás contendo nitrogênio.

[0033] Dois exemplos de modalidade adicionais para o ciclo de recozimento apropriado são mostrados nas figuras 3 (b) e 3 (c). Nestes ciclos de recozimento, a faixa íngreme é aquecida no forno de recozimento inicialmente em uma fase de aquecimento I (única) a partir da temperatura ambiente até uma temperatura de retenção (Th), em que a temperatura de retenção (Th) - ao contrário do primeiro exemplo de modalidade da figura 3 (a) - situa-se então acima da temperatura Ac1 do aço e de preferência está na faixa de 740 a 800 °C. O aquecimento da tira de aço na etapa I (único) ocorre novamente por radiação térmica no forno de recozimento aquecido com uma taxa de aquecimento (comparativamente limitada) de 15 a 25 K / s e especialmente cerca de 20 K / s. A temperatura da tira de aço é mantida em uma etapa de retenção II após a etapa de aquecimento I (único) à temperatura de retenção (Th > Ac1) durante um tempo de retenção (th1) de cerca de 60 a 200 segundos e preferencialmente de 80 a 150 segundos. A tira de aço, tal como no exemplo de modalidade da figura 3 (a), é depois arrefecida no forno de recozimento em uma etapa de arrefecimento V a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s até a temperatura ambiente. A etapa de arrefecimento V segue imediatamente a etapa de retenção II.

[0034] A tira de aço é já exposta no ciclo de recozimento de acordo com a figura 3 (b) a um gás contendo nitrogênio durante a etapa de aquecimento I (único). A fase de nitretação A neste ciclo de recozimento coincide, portanto, com o aquecimento da tira de aço na etapa de aquecimento (único). A tira de aço é de preferência exposta pelo menos essencialmente ao longo de todo o tempo de aquecimento da etapa de aquecimento I a um gás contendo nitrogênio para nitretar a tira de aço.

[0035] Em contraste com isto, a tira de aço no ciclo de recozimento de acordo com a figura 3 (c) é apenas exposta a um gás contendo nitrogênio durante a etapa de retenção II. A fase de nitretação A neste ciclo de recozimento coincide, portanto, com a etapa de retenção II.

[0036] Foi demonstrado ser vantajoso segurar a tira de aço após gaseificação com um gás contendo nitrogênio (por exemplo, tratamento com NH3) durante um tempo de retenção de preferencialmente mais de 5 segundos a temperaturas acima de 600 °C antes de ser arrefecido. Assim ocorre a homogeneização da distribuição de nitrogênio sobre a seção transversal da tira de aço e as propriedades de deformação melhoradas da tira de aço. Em particular, uma redução no alongamento durante o endurecimento por cozedura também pode ser evitada. Os ciclos de recozimento de acordo com as figuras 3 (a) e 3 (b) são, portanto, preferidos, e no ciclo de recozimento de acordo com a figura 3 (c) a fase de nitretação é convenientemente terminada antes do fim do tempo de retenção.

[0037] Dois exemplos de modalidade de um forno de recozimento contínuo para realizar o tratamento térmico de recozimento de recristalização e nitretação estão esquematicamente ilustrados nas figuras 1 e 2, que diferem umas das outras (apenas) pela concepção do dispositivo de arrefecimento, são formadas zonas diferentes no forno de recozimento contínuo entre uma entrada E e uma saída A, que estão dispostas uma atrás da outra na direção de passagem (direção de passagem de tira v na figura 1 da direita para a esquerda) da tira de aço S passada através do forno de recozimento contínuo. A tira de aço contínua S é levada a diferentes temperaturas nas zonas individuais para passar através dos ciclos de recozimento descritos acima.

[0038] Nos exemplos de modalidade das figuras 1 e 2, uma zona de aquecimento 1 segue a entrada E do forno de recozimento contínuo, na qual a tira de aço S é aquecida pelo menos na região frontal (apenas) por radiação térmica a uma taxa de aquecimento de até A 25 K / s e, dependendo do ciclo de recozimento selecionado, a temperaturas imediatamente abaixo ou imediatamente acima da temperatura Ac1 e especialmente na faixa de 600 a 800 °C. A zona de aquecimento 1 é seguida por uma zona de retenção 2, na qual a temperatura da tira de aço S é mantida à temperatura de retenção (Th), que fica abaixo ou acima da temperatura Ac1, dependendo do ciclo de recozimento selecionado.

[0039] Uma zona de gaseificação 4 é formada na zona de retenção 2, na qual uma tira de aço contínua é exposta a um gás contendo nitrogênio. A zona de gaseificação 4 tem várias cascatas 3 de bicos de pulverização, que estão dispostos um atrás do outro na direção de movimento da tira. No exemplo de modalidade da figura 1, as cascatas do bico de pulverização 3 estão dispostas (apenas) na área da zona de retenção 2. Contudo, podem também ser dispostas na área da zona de aquecimento 1, de modo que a zona de gaseificação 4 se estende quer apenas na zona de aquecimento 1 ou ao longo da zona de aquecimento 1 e da zona de retenção 2. Para executar o ciclo de recozimento de acordo com a figura 3 (b) as cascatas do bico de pulverização 3 estão convenientemente dispostas na zona de aquecimento 1. Para a realização do ciclo de recozimento de acordo com as figuras 3 (a) e 3 (c), as cascatas de bicos de pulverização 3 são convenientemente dispostas na zona de retenção 2. Para a realização do ciclo de recozimento de acordo com a figura 2 (a), o aquecimento por indução ou por condução 5 está disposto adicionalmente na área a jusante da zona de retenção 2.

[0040] Cada cascata de bico de pulverização 3 inclui então um número de bicos que estão dispostos a um espaçamento um em relação ao outro através da direção de curso da tira. Os bicos estão ligados a uma linha de fornecimento de gás, através da qual são expostos a um gás contendo nitrogênio. O gás de amônia provou ser particularmente adequado para a nitretação de tiras de aço. Isto é aplicado através dos bicos das cascatas 3 sobre a superfície da tira de aço contínua S, onde ele penetra na região próxima da superfície da tira de aço e difunde uniformemente na tira de aço a altas temperaturas do forno de recozimento. Por conseguinte, é formada uma distribuição de nitrogênio uniformemente homogênea sobre a espessura da tira de aço, cuja distribuição de concentração sobre a espessura da chapa em chapas de aço com uma espessura de menos de 0,4 mm diverge por no máximo ± 10 ppm e regularmente por apenas ± 5 ppm em torno do valor médio.

[0041] A concepção dos bicos preferidos das cascatas de bicos de pulverização 3 está descrita no pedido de patente de invenção alemã DE 102014106135 de 4/30/2014, cujo conteúdo de descrição é aqui incluído. Um dispositivo de bico para tratamento de um produto de aço plano é descrito neste pedido de patente, no qual o dispositivo de bico inclui um tubo exterior e um tubo interior dispostos no mesmo com uma abertura primária para fornecer um gás que flui através do dispositivo de bico para dentro do tubo exterior e o tubo exterior é provido com uma abertura secundária através da qual o gás pode emergir. A abertura primária do tubo interior e a abertura secundária do tubo exterior são então dispostas deslocadas uma em relação à outra. É assim tornado possível um fluxo de gás muito homogêneo sobre a superfície do produto de aço plano. Quando este tipo de dispositivo de bico é utilizado no método de acordo com a invenção, pode-se conseguir uma gaseificação homogênea da superfície da tira de aço em um forno de recozimento contínuo com o gás contendo nitrogênio (por exemplo, amônia), de modo que a difusão homogênea de nitrogênio na chapa de aço pode ser conseguida sobre a superfície da tira de aço, especialmente sobre a sua largura, e o nitrogênio é adicionado lá de forma intersticial.

[0042] O método de exposição direta da tira de aço (gaseificação) a um gás contendo nitrogênio por meio de bicos tem então duas vantagens essenciais: em primeiro lugar, é necessária apenas uma concentração de nitrogênio limitada (concentração de NH3), o que conduz a um consumo limitado de gás contendo nitrogênio (por exemplo, consumo de NH3). Em segundo lugar, a formação de uma camada de nitrato não ocorre devido a um tempo de exposição muito curto.

[0043] De modo a assegurar também a formação mais homogênea possível de uma camada superficial enriquecida em nitrogênio do comprimento da tira de aço S, durante a passagem da tira de aço S através da zona de gaseificação 4 do forno de recozimento contínuo, uma atmosfera contendo nitrogênio deve ser mantida com a concentração de equilíbrio de nitrogênio mais uniforme possível. Para assegurar isto, registra-se a concentração de nitrogênio formada na área das cascatas 3 de bico de pulverização. Quando se utiliza amônia como gás contendo nitrogênio, a concentração de amônia gerada pela introdução de amônia é medida para este fim na zona de gaseificação 4. Para este propósito, é provido um sensor de concentração disposto fora do forno de recozimento contínuo, o qual pode ser um sensor de espectroscopia a laser. Uma amostra de gás retirada da zona de gaseificação 4 é alimentada a ela de modo a determinar a concentração de amônia e a concentração de nitrogênio da atmosfera de gás na zona de gaseificação. A concentração de nitrogênio na atmosfera de gás da zona de gaseificação 4 registada pelo sensor de concentração é alimentada a um dispositivo de controle e utilizada por ela para manter a quantidade de gás contendo nitrogênio (amônia) pulverizada na zona de gaseificação 4 através dos bicos de cascatas 3 constantes a um valor-alvo estipulado.

[0044] Os valores alvo para a concentração em equilíbrio de amônia na faixa de 0,05 a 1,5 % e preferencialmente abaixo de 1 %, especialmente abaixo de 0,2 %, têm-se revelado particularmente conveniente quando se utiliza amônia como gás contendo nitrogênio. A concentração em equilíbrio de amônia encontra-se preferencialmente na faixa de 0,1 a 1,0 % e especialmente entre 0,1 e 0,2 %. Estas baixas concentrações de amônia ou nitrogênio no forno de recozimento são suficientes para introduzir as quantidades desejadas de nitrogênio no produto de aço plano durante a nitretação a temperaturas na faixa de 600 a 650 °C. A temperaturas mais elevadas, especialmente acima de 700 °C, como ocorre durante a nitretação no ciclo de recozimento da figura 3 (c), devem então ser geradas concentrações mais elevadas de amônia no forno de recozimento até 15 % em peso para se obter a quantidade desejada de nitretação.

[0045] Para evitar processos de oxidação na superfície da tira de aço S, um gás inerte é introduzido no forno de recozimento na zona de gaseificação 4, além do gás contendo nitrogênio (amônia). Este pode ser nitrogênio gasoso ou / ou [sic; e / ou] hidrogênio gasoso. É preferencialmente utilizada uma mistura de cerca de 95 % de nitrogênio e cerca de 5 % de hidrogênio gasoso.

[0046] Uma primeira zona de arrefecimento é provida na direção de curso da tira v após a zona de retenção 2 (e opcionalmente após o aquecimento por indução ou por condução 5 disposto na extremidade da zona de retenção 2), na qual a tira de aço contínua S é rapidamente arrefecida a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K / s. A primeira zona de arrefecimento 6 contém um dispositivo de arrefecimento 7, que é concebido no exemplo de modalidade da figura 1 como um dispositivo de arrefecimento a gás 7a, no qual a tira de aço é exposta a uma corrente de gás frio, especialmente um gás inerte. No exemplo de modalidade da figura 2, o dispositivo de arrefecimento 7 é concebido como um dispositivo de arrefecimento líquido, no qual a tira de aço é temperada por introdução em um líquido de arrefecimento, especialmente um banho de água 7b. Podem ser obtidas velocidades de arrefecimento na faixa de 100 a 1000 K / s com o dispositivo de arrefecimento a gás. As taxas de arrefecimento muito mais elevadas (muito acima de 1000 K / s) são atingíveis com o dispositivo de arrefecimento de líquidos. No dispositivo de arrefecimento 7, que está disposto na atmosfera inerte do forno de recozimento, a tira de aço S é inicialmente rapidamente arrefecida a uma temperatura que está acima da temperatura ambiente, por exemplo, até a temperatura de cerca de 100 °C. Uma segunda zona de arrefecimento 8 segue convenientemente a primeira zona de arrefecimento 6 a jusante, na qual a tira de aço contínua S é finalmente arrefecida lentamente até a temperatura ambiente (23 °C) a uma taxa de arrefecimento na faixa de 10 a 20 K / s. A tira de aço S é então removida do forno de recozimento na saída A. A tira de aço S entre a entrada E e a saída A encontra-se continuamente na atmosfera inerte do forno de recozimento, de modo que não podem ocorrer processos de oxidação na superfície da tira de aço S durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização, nitretação e arrefecimento.

[0047] Após o arrefecimento, a tira de aço S, se necessário, pode ser laminada a quente (vestida) para dar à tira as propriedades de deformação necessárias para a produção de embalagens. O grau de laminação varia então entre 0,4 e 2 %, dependendo da aplicação do aço para embalagem. Se necessário, a tira de aço também pode ser laminada a quente, a fim de gerar uma redução adicional da espessura de até 43 % (tira de aço duplamente reduzida). Um aumento adicional na força ocorre durante a laminagem de têmpera. A tira de aço S é então opcionalmente alimentada a uma unidade de revestimento, na qual a superfície da tira de aço é fornecida, por exemplo, eletroliticamente com um revestimento de estanho ou cromo / dióxido de cromo (ECCS) ou envernizamento para aumentar a resistência à corrosão. Durante o revestimento da superfície do aço para embalagem, a cozedura do revestimento ocorre habitualmente por aquecimento do aço para embalagem revestido, caso em que é observado um aumento de resistência adicional conhecido como "endurecimento por cozedura" por este processo de cozimento. Verificou-se que os aços para embalagem produzidos com o método de acordo com a invenção não só têm forças mais elevadas, mas também melhores propriedades em termos de resistência à corrosão do que os produtos de aço planos conhecidos.

[0048] O tratamento térmico no forno de recozimento de acordo com a invenção conduz à formação de uma estrutura multifásica no aço do produto de aço plano laminado a frio. A composição estrutural pode então ser controlada através dos parâmetros do processo. Verificou-se que durante o recozimento do produto de aço plano (banda de aço S) acima da temperatura Ac1 e subsequente arrefecimento rápido (resfriamento brusco) a uma taxa de arrefecimento na faixa de 100 K / s a cerca de 1000 K / s, de ferrita e troostita (perlita finamente estriada). Se o produto de aço plano for recozido acima da temperatura Ac1 e depois temperado a uma taxa de arrefecimento muito elevada de (muito) mais de 1000 K / s (por exemplo, por introdução em um líquido de arrefecimento, especialmente um banho de água 7b, figura 2), por outro lado, uma estrutura com ferrita e martensita é formada como componentes estruturais essenciais, o que corresponde em grande parte à estrutura de dupla fase conhecida pelo desenho de carroçaria. Tanto a estrutura multifásica de ferrita e troostita e a estrutura multifásica de ferrita e martensita são caracterizadas por uma resistência aumentada em relação à estrutura de aço monofásica. A elevada resistência do aço para embalagem produzido de acordo com a invenção é conseguida, por um lado, pelo teor de aumento de resistência do nitrogênio não ligado incorporado de forma intersticial por nitretação e, por outro lado, pela formação de uma estrutura multifásica durante o tratamento de aquecimento em um forno de recozimento.

[0049] Podem ser produzidos com o método de acordo com a invenção produtos de aço plano nitretados caracterizados por uma resistência muito elevada superior a 650 MPa com simultaneamente um bom alongamento à ruptura superior a 5 % e especialmente entre 7 e 15 %, bem como boas propriedades de deformação. Os valores de resistência do aço para embalagem produzido de acordo com a invenção são adicionalmente aumentados adicionalmente em um processo de queima de uma camada de revestimento aplicada (aumento do limite de elasticidade por endurecimento por cozedura), em que podem ser obtidas resistências até 850 MPa.

[0050] A resistência e o alongamento à ruptura aumentados pela nitretação são então muito homogêneos sobre a seção transversal da tira de aço tanto na direção de rolamento da tira de aço laminado a frio como através da mesma. Isto resulta da introdução muito homogênea de nitrogênio não ligado no aço durante a nitretação na fase de recozimento. As análises de fusão em produtos de aço planos produzidos de acordo com a invenção mostraram que a concentração de nitrogênio introduzida por nitretação sobre a espessura do produto de aço plano, em cada caso em folhas ultrafinas, só se desvia em uma banda estreita de, no máximo, ± 10 ppm e regularmente apenas cerca de ± 5 ppm em relação à concentração média.

[0051] O produto de aço laminado a quente, que é utilizado como produto de partida do método de acordo com a invenção, pode já conter uma fração de nitrogênio. O método a seguir é conduzido para produzir um produto de partida correspondente (como exemplo de modalidade expandido da invenção): uma fusão de aço nitretado é inicialmente gerada em um conversor e / ou em um tratamento subsequente da concha, que tem um teor de nitrogênio livre, não ligado (isto é, dissolvido no aço) de até 160 ppm. A composição da liga do aço produzido satisfaz convenientemente o limite estipulado pelos padrões para a embalagem de aço (como o padrão ASTM A623-11 "Especificação Padrão para Produtos de Fábrica de Estanho" ou conforme definido no padrão europeu EN 10202), com exceção do limite superior para (que se encontra a Nmáx = 80 ppm no padrão EN 10202 e a Nmáx = 200 ppm no padrão AST ASTM 623), que pode ser ultrapassado devido à nitretação no método de acordo com a invenção. A fração de carbono do aço produzido situa- se preferencialmente na faixa de 400 a 1200 ppm e especialmente entre 600 e 900 ppm.

[0052] Para produzir o aço fundido, o conversor é cheio com sucata e ferro bruto e a fusão é soprada com gás oxigênio e gás nitrogênio, neste caso o gás oxigênio (O2) é soprado de cima e o gás nitrogênio (N2) por meio de bicos inferiores para o conversor. É assim estabelecido um teor de nitrogênio no aço fundido de 70 a 120 ppm, caso em que ocorre a saturação. Durante a produção de aço fundido a composição e especialmente o teor de nitrogênio da massa fundida são registrados. Se a análise estipulada não for correta (se a porcentagem de fósforo for muito alta), o gás oxigênio é soprado através de uma lança de oxigênio e gás argônio (Ar) através dos bicos inferiores. Uma vez que praticamentenão existe mais carbono (C) no aço, não se forma sobrepressão e o nitrogênio do ar é aspirado de modo que pode ocorrer nitretação adicional.

[0053] Se a quantidade desejada de nitrogênio (dissolvido) no aço fundido (que se situa regularmente a cerca de 120 ppm) ainda não for conseguida por sopragem de nitrogênio gasoso, durante o esvaziamento do conversor pode ser introduzida adicionalmente cianamida cálcica (CaCN2) na corrente de aço que sai do conversor. A cianamida de cálcio é então adicionada na forma de um granulado (5 a 20 mm).

[0054] A concha vai então para a primeira varredura de argônio, onde é eliminada com argônio durante cerca de 3 minutos com uma lança refratária introduzida. Após a análise de controle, se necessário, ocorre uma segunda varredura de argônio durante cerca de 3 minutos. A concha, em seguida, vai para uma terceira varredura de argônio. Isso representa a última etapa antes da fundição. Se o teor de nitrogênio não se encontrar no intervalo alvo estipulado, o nitrato de manganês (MnN, por exemplo, sob a forma de fios de pó de MnN em um invólucro de aço) pode ser adicionado durante a terceira varredura de argônio. A quantidade de nitrogênio em falta é então convertida na quantidade necessária de MnN (por exemplo, através do comprimento requerido do fio de MnN), o qual é adicionado à massa fundida. O MnN é adicionado até o teor de nitrogênio estipulado ou um limite superior de MnN do aço ser atingido.

[0055] Finalmente, a massa fundida é introduzida em uma calha de distribuição para lançar uma laje a partir do aço fundido. O teor de nitrogênio pode então aumentar cerca de 10 ppm devido a fugas e difusão de nitrogênio atmosférico. Um limite superior da quantidade de nitrogênio dissolvido na laje de aço fundido de cerca de 160 ppm não deve ser ultrapassado, uma vez que defeitos na laje, como rachaduras ou poros, podem formar-se com maiores teores de nitrogênio, o que leva à oxidação indesejada.

[0056] A laje moldada a partir do aço fundido é então laminada a quente e arrefecida até à temperatura ambiente. A tira quente produzida tem então espessuras na faixa de 1 a 4 mm e é opcionalmente enrolada em uma bobina. Para o acondicionamento do aço do produto sob a forma de um produto de aço plano nas espessuras finas e ultrafinas usuais, a tira quente deve ser laminada a frio, na qual ocorre uma redução de espessura na faixa de 50 a mais de 90 %. Entende-se por chapa fina uma chapa com uma espessura inferior a 3 mm e a chapa ultrafina tem uma espessura inferior a 0,5 mm. Para o desempenho da laminagem a frio, a tira quente, opcionalmente enrolada como uma bobina, é desenrolada da bobina, decapada e introduzida em um dispositivo de laminagem a frio, por exemplo, um trem de laminagem a frio. O produto de aço plano laminado a frio já nitretado para concentrações de nitrogênio até 160 ppm é então utilizado como produto de partida para o tratamento subsequente de acordo com o método da invenção, no qual o produto de aço plano laminado a frio é recozido no forno de recozimento e ao mesmo tempo adicionalmente nitretado de modo a aumentar as concentrações de nitrogênio para valores acima de 100 ppm e preferencialmente para mais de 150 ppm.

Claims

1. Método para a produção de um aço nitretado para embalagem a partir de um produto de aço laminado a quente com um teor de carbono de 0,04% a 0,12% em peso, bem como os seguintes limites superiores para a proporção em peso dos componentes de liga - Mn: máx. 0,4%, - Si: máx. 0,04%, - Al: máx. 0,1%, - Cr: máx. 0,1%, - P: máx. 0,03%, - Cu: máx. 0,1%, - Ni: máx. 0,15%, - Sn: máx. 0,04%, - As: máx. 0,02%, - S: máx. 0,03%, - Mo: máx. 0,05%, - V: máx. 0,04%, - Ti: máx. 0,05%, - Nb: máx. 0,05%, - B: máx. 0,005%, - outros componentes de liga, incluindo contaminantes: máx. 0,05% e o restante é ferro, caracterizado pelas seguintes etapas - laminar a frio o produto de aço para formar um produto de aço plano; - tratamento térmico de recozimento de recristalização o produto de aço plano laminado a frio em um forno de recozimento, especialmente um forno de recozimento contínuo, sendo que um gás contendo nitrogênio é introduzido no forno de recozimento e direcionado ao produto de aço plano para introduzir nitrogênio não ligado no produto de aço plano em uma quantidade correspondente a uma concentração superior a 150 ppm, ou para aumentar a quantidade de nitrogênio não ligado no produto de aço plano para uma concentração superior a 150 ppm; - arrefecer o produto de aço plano submetido ao tratamento térmico de recozimento de recristalização na temperatura ambiente a uma taxa de arrefecimento de pelo menos 100 K/s imediatamente após o tratamento térmico de recozimento de recristalização.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto de aço é um aço nitretado laminado a quente com um teor de nitrogênio máximo de 160 ppm por nitretação de um aço fundido.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a nitretação do aço fundido ocorre introduzindo um gás contendo nitrogênio e/ou um sólido contendo nitrogênio no aço fundido, especialmente através de introdução de gás nitrogênio (N2) e/ou ciana- mida de cálcio (CaCN2) e/ou nitrato de manganês (MnN) no aço fundido.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que durante o tratamento térmico de recozimento de recristalização do produto de aço plano laminado a frio, gás de amônia (NH3) é introduzido no forno de recozimento e, de preferência, direcionado para o produto de aço plano por meio de pelo menos um bico de pulverização.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que um equilíbrio de amônia com uma concentração inferior a 15% em peso e, de preferência, na faixa de 0,05% a 1,5% em peso, se estabelece no forno de recozimento por introdução do gás de amônia (NH3).

6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a concentração de equilíbrio de amônia estabelecida no forno de recozimento através da introdução do gás de amônia (NH3) é detectada com um sensor de amônia e o valor medido detectado da concentração de equilíbrio de amônia é utilizado para controlar a quantidade de gás de amônia introduzido no forno de recozimento por unidade de tempo.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a quantidade de nitrogênio não ligado após a nitretação do produto de aço plano laminado a frio no forno de recozimento é entre 210 ppm e 350 ppm.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a distribuição de concentração do nitrogênio não ligado no produto de aço plano nitretado sobre a espessura do produto de aço plano diverge em menos de ± 10 ppm em relação ao valor da concentração média (quantidade) do nitrogênio introduzido.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico de recozimento de recristalização do produto de aço plano laminado a frio ocorre fazendo passar o produto de aço plano através de um forno de recozimento contínuo, no qual o produto de aço plano é aquecido pelo menos brevemente a temperaturas acima da temperatura Ac1.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano laminado a frio no forno de recozimento é inicialmente aquecido em uma primeira etapa de aquecimento até uma temperatura (Th) inferior à temperatura Ac1 e especialmente na faixa de 600 °C a 650 °C e em uma etapa de retenção subsequente é mantida a esta temperatura de retenção (Th) para expor o produto de aço plano laminado a frio à nitretação com o gás contendo nitrogênio à temperatura de retenção (Th).

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano laminado a frio no forno de recozimento é inicialmente aquecido em uma etapa de aquecimento até uma temperatura de retenção (Th) acima da temperatura Ac1 e especialmente na faixa de 740 °C a 760 °C e mantido em uma etapa de retenção subsequente a esta temperatura de retenção (Th), sendo que o produto de aço plano laminado a frio é exposto à nitretação com o gás contendo nitrogênio durante a etapa de aquecimento e/ou durante a etapa de retenção.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano laminado a frio imediatamente após a nitretação no forno de recozimento é aquecido em uma segunda etapa de aquecimento até uma temperatura de recozimento (Tg) acima da temperatura Ac1 e especialmente entre 740 °C < Tg < 760 °C, e subsequentemente é arrefecido a uma taxa de arrefecimento superior a 100 K/s.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano laminado a frio na (primeira) etapa de aquecimento é aquecido a partir da temperatura ambiente até à temperatura de retenção (Th) a uma taxa de aquecimento de 15 a 25 K/s e especialmente 20 K/s.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano laminado a frio na segunda etapa de aquecimento é aquecido a partir da temperatura de retenção (Th) para a temperatura de recozimento (Tg) a uma taxa de aquecimento superior a 100 K/S, sendo que o aquecimento na segunda etapa de aquecimento ocorre preferencialmente a uma taxa de aquecimento superior a 150 K/s, e especialmente de forma indutiva a uma taxa de aquecimento entre 500 K/s e 1500 K/s.

15. Produto de aço plano laminado a frio para utilização como aço para embalagem e especialmente produzido com o método, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende um teor de carbono de 0,04% a 0,12% em peso, uma concentração média de nitrogênio não ligado de mais de 0,015% em peso, bem como os seguintes limites superiores para a fração em peso dos componentes de liga - Mn: máx. 0,4%, - Si: máx. 0,04%, preferivelmente inferior a 0,02%; - Al: máx. 0,1%, de preferência inferior a 0,08%; - Cr: máx. 0,1%, de preferência inferior a 0,08%; - P: máx. 0,03%, de preferência inferior a 0,02%; - Cu: máx. 0,1%, de preferência inferior a 0,08%; - Ni: máx. 0,15%, de preferência inferior a 0,08%; - Sn: máx. 0,04%, de preferência inferior a 0,02%; - As: máx. 0,02%, - S: máx. 0,03%, de preferência inferior a 0,02%; - Mo: máx. 0,05%, de preferência inferior a 0,02%; - V: máx. 0,04%; - Ti: máx. 0,05%, de preferência inferior a 0,02%; - Nb: máx. 0,05%, de preferência inferior a 0,02%; - B: máx. 0,005%; - outros componentes de ligas, incluindo contaminantes: máx. 0,05% e o restante é ferro, sendo que o produto de aço plano apresenta uma estrutura multifásica, que compreende ferrita e pelo menos um dos componentes estruturais martensita, bainita e/ou troostita, bem como eventualmente austenita residual, bem como apresenta uma resistência à tração superior a 650 MPa e um alongamento à ruptura superior a 5%.