BR112017025366B1

BR112017025366B1 - Chapa de aço e método para fabricação de uma chapa laminada a frio e recozida

Info

Publication number: BR112017025366B1
Application number: BR112017025366-6A
Authority: BR
Inventors: Josee Drillet; Veronique Hebert
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2024-01-30
Also published as: CA2987691A1; JP2018521222A; MX2017015841A; RU2689826C1; CA2987691C; UA118420C2; CN107614732A; WO2016198906A1; KR102140928B1; BR112017025366A2; WO2016198940A3; US20180171459A1; EP3307921A2; JP6971856B2; KR20180014093A; US10697052B2; WO2016198940A2; CN107614732B; MA42495A

Abstract

chapa de aço, método para fabricação de uma chapa laminada a frio e recozida e uso de chapas de aço. a invenção tem como seu objeto uma chapa de aço laminada a frio e recozida de espessura entre 0,7 mm e 2 mm, resistência mecânica variando de 1180 mpa a 1320 mpa, em que a razão de expansão de furo ac% é maior que 20% e o ângulo de flexão é maior ou igual a 40º, e sendo que a composição química compreende, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% <= c <= 0,11%, 2,6% <= mn <= 2,8%, 0. 20% <= si <= 0,55%, 0. 25% <= cr < 0,5%, 0,025% <= ti <= 0,040%, 0,0015% <= b <= 0,0025%, 0,005% <= al <= 0,18%, 0,08% <= mo <= 0,15%, 0,020% <= nb <= 0,040%, 0,002% <= n <= 0,007%, 0,0005% <= s <= 0,005%, 0,001% <= p <= 0,020%, ca <= 0,003%, sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que resultam do processamento, a chapa tendo uma microestrutura que compreende martensita e/ou bainita inferior, a dita martensita compreendendo martensita fresca e/ou martensita autotemperada, a soma das frações de superfície de martensita e bainita inferior estando entre 40% e 70%, de 15% a 45% da fração de superfície de bainita de baixo carboneto, de 5% a menos de 20% da fração de superfície de ferrita, a fração de ferrita não recristalizada em relação à fração de ferrita total sendo menos de 15%, e pelo menos 5% da fração de superfície de austenita residual sob a forma de ilhas, a fração de grãos austeníticos formadores em que o tamanho é menor que pelo menos um micrômetro representando 40% a 60% da população total dos ditos grãos austeníticos formadores.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a uma chapa de aço laminada a frio e recozida que tem resistência e deconformabilidade mecânica muito alta para fabricação de peças conformadas, em particular na indústria automotiva, para a fabricação de elementos estruturais do corpo do automóvel, e para fabricação dessa chapa.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Foram desenvolvidos aços que têm uma razão de tensão de escoamento/resistência muito favorável durante as operações de formação.

[003] Eles têm uma capacidade de consolidação muito alta, o que resulta em boa distribuição de deformações no caso de colisão e de uma tensão de escoamento muito mais alto da peça após a formação. Desta forma, é possível produzir peças complexas como com aços convencionais, mas com propriedades mecânicas mais altas, o que resulta em espessura reduzida que ainda atende as mesmas especificações funcionais. Estes aços são, assim, uma resposta efetiva às demandas para redução de peso do veículo e segurança.

[004] Em particular, aços em que a estrutura compreende martensita, e potencialmente bainita, dentro de uma matriz ferrítica, foram submetidos a desenvolvimento extensivo, devido ao fato deles combinarem alta resistência com alto potencial de deformação.

[005] Demandas recentes para menor peso e menor consumo de energia têm aumentado a demanda por aços de alta resistência em que a resistência mecânica Rm é maior que 1180 MPa.

[006] Além deste nível de alta resistência, estes aços devem ter boa ductilidade, soldabilidade e revestibilidade, em particular boa adequação para galvanização contínua por imersão a quente.

[007] Estes aços também devem ter alta tensão de escoamento e alongamento na ruptura, bem como boa conformabilidade.

[008] De fato, algumas peças automotivas são fabricadas por operações de conformação que combinam vários métodos de deformação. Certas características microestruturais do aço podem ser bem adaptadas a um método de deformação, mas não para outro. Certas porções das peças deve ter alta resistência de alongamento e/ou boa flexibilidade e/ou resistência à flangeabilidade, em particular para conformação de bordas curvas.

[009] Esta resistência à flangeabilidade é avaliada determinando uma razão de expansão de furo, denotada Ac%. Esta razão mede a capacidade do aço se expandir durante a estampagem a frio e, portanto, fornece uma avaliação da conformabilidade para este método de deformação.

[0010] A razão de expansão de furo pode ser avaliada da seguinte forma: depois de fazer um buraco cortando um furo em uma chapa de metal, uma ferramenta cônica é usada para expandir as bordas deste furo. É durante esta operação que pode ser observado dano inicial perto das bordas do furo durante a expansão, com esse dano iniciando nas partículas de segunda fase ou nas interfaces entre os vários componentes microestruturais do aço.

[0011] De acordo com os documentos de patentes US 2012/0312433 A1 e US 2012/132327 A1, são conhecidos aços nos quais a resistência mecânica Rm é maior que 1180 MPa. No entanto, esta resistência mecânica é obtida à custa de conformabilidade e soldabilidade.

[0012] Além disso, de acordo com os documentos de patentes US 2013/0209833 A1, US 2011/0048589 A1, US 2011/01683000 A1 e documento WO 2013/144376 A1, aços que têm uma alta resistência mecânica que excede 1000 MPa são conhecidos, mas não têm simultaneamente conformabilidade e soldabilidade satisfatórias.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0013] Sob estas condições, um objeto da invenção é fornecer uma chapa de aço que tem alta resistência mecânica, em particular entre 1180 MPa e 1320 MPa, juntamente com uma alta tensão de escoamento, em particular entre 750 MPa e 970 MPa, sendo este valor determinado antes de qualquer operação de laminação de encruamento (skin-pass) na chapa, uma boa conformabilidade, em particular uma razão de expansão de furo Ac% maior ou igual a 20%, um ângulo de flexão maior ou igual a 40° para uma chapa de espessura entre 0,7 mm e 2 mm, e um alongamento na ruptura maior que 7%.

[0014] Para este fim, o objeto da invenção é uma chapa de aço laminada a frio e recozida que tem uma espessura entre 0,7 mm e 2 mm, uma resistência mecânica entre 1180 MPa e 1320 MPa, em que a razão de expansão de furo Ac% é maior que 20% e o ângulo de flexão é maior ou igual a 40°, a composição química compreendendo, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% < C < 0,11%, 2,6% < Mn < 2,8%, 0. 20% < Si < 0,55%, 0. 25% < Cr < 0,5%, 0,025% < Ti < 0,040%, 0,0015% < B < 0,0025%, 0,005% < Al < 0,18%, 0,08% < Mo < 0,15%, 0,020% < Nb < 0,040%, 0,002% < N < 0,007%, 0,0005% < S < 0,005%, 0,001% < P < 0,020%, Ca < 0,003%, sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, a chapa tendo uma microestrutura que compreende martensita e/ou bainita inferior, a dita martensita compreendendo martensita inicial (fresh martensite) e/ou martensita autorevenida, a soma das frações de superfície de martensita e bainita inferior estando entre 40% e 70%, de 15% a 45% da fração de superfície de bainita de baixo carbono, e de 5% a pelo menos 20% da fração de superfície de ferrita, a razão da ferrita não recristalizada para a razão de ferrita total sendo menor que 15%, e pelo menos 5% como uma fração de superfície de austenita retida sob a forma de ilhas, a fração de grãos austeníticos prévios em que o tamanho é menor que pelo menos um micrômetro representando 40% a 60% da população total dos ditos grãos austeníticos prévios.

[0015] Em algumas realizações, a chapa de acordo com a invenção também inclui uma ou mais das seguintes características: - a microestrutura compreende, na fração de superfície, de 15% a 45% de martensita inicial. - a microestrutura compreende, na fração de superfície, de 5% a 50% da soma de martensita autorevenida e bainita inferior. - a martensita autorevenida e a dita bainita inferior contêm carbonetos sob a forma de hastes orientadas nas direções <111> das ripas martensíticas e bainíticas. - a bainita de baixo carbono contém menos de 100 carbonetos por 100 micrômetros quadrados de unidade de área de superfície. - a chapa de aço contém precipitados do tipo (Ti, Nb, Mo), (C, N) de menos de 5 nanômetros de tamanho, presente em um montante menor que 10.000 precipitados/μm3 - a composição química compreende, sendo o teor expresso como percentual, em peso: 2,6% < Mn < 2,7%. - a composição química preferencialmente compreende, sendo o teor expresso como percentual, em peso: 0,30% < Si < 0,5%. - de acordo com uma realização preferencial, a composição química compreende, sendo o teor expresso como percentual, em peso: 0,005% < Al < 0,030%. - a chapa é revestida com zinco ou liga de zinco, obtida por imersão. - de acordo com uma realização particular, o revestimento de zinco ou liga de zinco é um revestimento de liga galvanizada, o revestimento de zinco ou liga de zinco compreendendo de 7%, em peso, a 12%, em peso, de ferro. - a chapa de aço tem um revestimento de zinco ou liga de zinco, obtido por deposição a vácuo.

[0016] A invenção também tem como seu objeto uma chapa laminada a frio e recozida, revestida com zinco ou liga de zinco, de acordo com qualquer uma das características acima no presente pedido, que compreende as seguintes etapas sequenciais: - é fornecido um produto semiacabado, em que a composição química compreende, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% < C < 0,11%, 2,6% < Mn < 2,8%, 0. 20% < Si < 0,55%, 0. 25% < Cr < 0.5%, 0,025% < Ti < 0,040%, 0,0015% < B < 0,0025%, 0,005% < Al < 0,18%, 0,08% < Mo < 0,15%, 0,020% < Nb < 0,040%, 0,002% < N < 0,007%, 0,0005% < S < 0,005%, 0,001% < P < 0,020%, Ca < 0,003%, sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, em seguida - o produto semiacabado é aquecido a uma temperatura Tr maior ou igual a 1250°C, - então o produto semiacabado é laminado a quente, a temperatura final da laminação sendo maior que a temperatura Ar3 na qual começa a transformação austenítica durante o resfriamento, a fim de se obter uma chapa laminada a quente, em seguida - a chapa laminada a quente é resfriada a uma taxa maior que 30°C/s para prevenir a formação de ferrita e perlita, em seguida - a chapa laminada é bobinada a uma temperatura entre 580°C e 500°C, em seguida - a chapa laminada a quente é laminada a frio para se obter uma chapa laminada a frio, em seguida - a chapa laminada a frio é reaquecida entre 600°C e Ac1, Ac1 denotando a temperatura na qual começa a transformação austenítica durante o aquecimento, com uma taxa de reaquecimento VC entre 1°C/s e 20°C/s, - a chapa laminada a frio é levada a uma temperatura Tm entre 780°C e (Ac3-25°C) e a chapa laminada a frio é mantida na temperatura Tm por um período de tempo Dm entre 30 segundos e 150 segundos, entendendo-se que Ac3 denota a temperatura final de transformação austenítica durante o aquecimento, em seguida - a chapa é resfriada a uma taxa VR1 entre 10°C/s e 150°C/s a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C, em seguida - a chapa é mantida na temperatura Te por um período de tempo De entre 5 segundos e 150 segundos, então - a chapa é revestida por imersão contínua em um banho de zinco ou liga de zinco a uma temperatura TZn entre 450°C e 480°C, as ditas temperaturas Te e TZn sendo 0°C < (Te-TZn) <10°C, de modo a obter uma chapa revestida, em seguida - a chapa revestida é opcionalmente reaquecida a uma temperatura TG entre 490°C e 550°C por um período tG entre 10 s e 40 s.

[0017] A invenção também tem como seu objeto um método para fabricar uma chapa laminada a frio e chapa recozida, que compreende as seguintes etapas sequenciais: - é fornecido um produto semiacabado, em que a composição química compreende, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% < C < 0,11%, 2,6% < Mn < 2,8%, 0,20% < Si < 0,55%, 0. 25% < Cr < 0,5%, 0,025% < Ti < 0,040%, 0,0015% < B < 0,0025%, 0,005% < Al < 0,18%, 0,08% < Mo < 0,15%, 0,020% < Nb < 0,040%, 0,002% < N < 0,007%, 0,0005% < S < 0,005%, 0,001% < P < 0,020%, Ca < 0,003%, sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, em seguida - o produto semiacabado é aquecido a uma temperatura Tr maior ou igual a 1250°C, em seguida - o produto semiacabado é laminado a quente, a temperatura final do processo de laminação sendo maior que Ar3, para se obter uma chapa laminada a quente, em seguida - a chapa laminada a quente é resfriada a uma taxa maior que 30°C/s para prevenir a formação de ferrita e perlita, em seguida - a chapa laminada é bobinada a uma temperatura entre 580°C e 500°C, em seguida - a chapa laminada a quente é laminada a frio para se obter uma chapa laminada a frio, em seguida - a chapa laminada a frio é reaquecida a uma taxa de reaquecimento VR entre 600°C e Ac1, Ac1 denotando a temperatura na qual começa a transformação austenítica durante o aquecimento, entre 1°C/s e 20°C/s, em seguida - a chapa laminada a frio é aquecida a uma temperatura Tm entre 780°C e (Ac3-25°C) e a chapa laminada a frio é mantida na temperatura Tm por um período de tempo Dm entre 30 segundos e 150 segundos, entendendo-se que Ac3 denota a temperatura final de transformação austenítica durante o aquecimento, em seguida - a chapa é resfriada a uma taxa VR2 entre 10°C/s e 100°C/s a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C, em seguida - a chapa é mantida na temperatura Te por um período de tempo De entre 5 segundos e 150 segundos, então - a chapa é resfriada à temperatura ambiente.

[0018] Em realizações particulares, este último método também compreende uma ou mais das seguintes características:

[0019] Além disso, um revestimento de zinco ou liga de zinco é aplicado por deposição a vácuo após a etapa de resfriamento à temperatura ambiente.

[0020] A deposição a vácuo é realizada por deposição física de vapor (PVD).

[0021] A deposição a vácuo é realizada por Deposição por Vapor a Jato (JVD).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] Outras características e vantagens da invenção, que surgirão durante a descrição abaixo, são dadas a título de exemplo e feitas com referência às Figuras anexas, em que: a Figura 1 mostra a microestrutura de uma chapa de aço de acordo com a invenção, demonstrada por um primeiro tipo de ataque químico metalográfico; a Figura 2 mostra a microestrutura da chapa de aço na Figura 1, demonstrada por um segundo tipo de ataque químico metalográfico; a Figura 3 mostra um exemplo de precipitação de carbonitreto de (Ti, Nb, Mo), (C, N) em uma chapa de acordo com a invenção, observada através de microscopia eletrônica de transmissão; e a Figura 4 mostra um exemplo de precipitação de carbonitreto de (Ti, Nb, Mo), (C, N) não de acordo com a invenção, observada através de microscopia eletrônica de transmissão.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0023] Ac1 também é usado para denotar a temperatura em que começa a transformação alotrópica durante o aquecimento do aço.

[0024] Ac3 refere-se à temperatura final de transformação austenítica durante o aquecimento.

[0025] Ar3 refere-se à temperatura em que começa a transformação austenítica durante o resfriamento.

[0026] Ms denota a temperatura em que começa a transformação martensítica.

[0027] A microestrutura da chapa de acordo com a invenção inclui martensita. Este é o resultado de uma transformação sem difusão de austenita Y abaixo da temperatura de início de transformação martensítica durante o resfriamento.

[0028] A martensita tem a forma de uma ripa fina alongada em uma direção e orientada dentro de cada grão inicial de austenita. O termo martensita inclui tanto martensita inicial como autorevenida. É feita uma distinção entre martensita autorevenida e martensita inicial, isto é, não revenida e não autorevenidaa.

[0029] Em particular, a martensita autorevenida tem a forma de finas ripas que compreendem carbonetos de ferro dispersos nestas ripas, sob a forma de hastes orientadas nas direções <111> da rede α’ das ripas. Esta martensita autorevenida é formada por precipitação de carbonetos de ferro abaixo da temperatura de transformação martensítica Ms quando o resfriamento não é baixa o suficiente para produzir martensita. Reciprocamente, martensita inicial não contém carbonetos.

[0030] A bainita, formada durante o resfriamento da faixa de temperatura austenítica, acima da temperatura inicial Ms da transformação martensítica, é formada como um agregado de ripas de ferrita e partículas de cementita. Sua formação envolve a difusão a curta distância.

[0031] Consequentemente, é feita uma distinção entre bainita inferior e bainita de baixo carbono. A bainita inferior é formada durante o resfriamento em uma faixa de temperatura imediatamente acima da temperatura de transformação martensítica. Ela tem a forma de ripas finas e inclui carbonetos dispersos dentro destas ripas.

[0032] Além disso, a bainita de baixo carbono é definida como uma bainita que contém menos de 100 carbonetos por 100 micrômetros quadrados de unidade de área de superfície. A bainita de baixo carbono é formada entre 550°C e 450°C durante o resfriamento. Ao contrário da baixita de baixo carbono, a bainita inferior sempre contém mais de 100 carbonetos por 100 micrômetros quadrados de unidade de área de superfície.

[0033] Na composição química do aço da invenção, o carbono desempenha um papel na formação da microestrutura e nas propriedades mecânicas.

[0034] O teor de carbono em percentual, em peso, varia de 0,09% a 0,11%. Esta faixa de teor de carbono contribui para se obter simultaneamente uma resistência mecânica maior que 1180 MPa, um alongamento na ruptura maior que 7%, e uma razão de expansão furo Ac% satisfatória maior ou igual a 20%. Em particular, um teor de carbono menor que 0,09% não permite resistência mecânica suficiente para ser obtido. Para um maior teor de carbono mais alto, maior que 0,11%, a soldabilidade tende a diminuir e a temperatura Ms é reduzida, de modo que a fração de martensita inicial na microestrutura tende a aumentar e, assim, diminuir a razão de expansão de furo.

[0035] O teor de manganês em percentual, em peso, está entre 2,6% e 2,8%. O manganês é um elemento gamagênico que abaixa a temperatura Ac3 e a temperatura Ms em que começa a formação de martensita. O baixo teor de carbono do aço, pode resultar em uma alta temperatura Ac3 acima de 860°C. Um teor de manganês maior que 2,6%, diminuindo a temperatura Ac3, permite a obtenção de austenitização completa do aço entre 840°C e 855°C, após manter nesta temperatura por pelo menos 30 s. O manganês também promove a formação de martensita autorevenida e contribui assim para uma razão de expansão de furo Ac% maior ou igual a 20%. O teor de manganês em percentual, em peso é limitado a 2,8% a fim de limitar a formação de estruturas em bandas e, preferencialmente, entre 2,6% e 2,7%.

[0036] O silício é um elemento que causa endurecimento por solução sólida que endurece o elemento do qual o teor em percentual, em peso, no aço está entre 0,20%, em peso e 0,55%, em peso, preferencialmente entre 0,30% e 0,5%. Um teor de pelo menos 0,30% permite suficiente endurecimento da ferrita e/ou da bainita. O teor de silício em percentual, em peso, está limitado a 0,55% para assegurar uma razão de expansão de furo Ac% maior ou igual a 20%, limitando a formação de bainita superior. Além disso, um aumento no teor de silício diminui a revestibilidade do aço promovendo a formação de óxidos aderentes sobre a superfície da chapa. Um teor de silício de menos de 0,55% também contribui para uma boa soldabilidade.

[0037] O silício é um elemento alfagênico e contribui para elevar a temperatura Ac3 e promover a formação de bainita de baixo carbono. Um teor de silício menor que 0,55% ajuda a prevenir a formação de uma quantidade excessiva de bainita de baixo carbono.

[0038] A composição da chapa de aço também compreende cromo em uma quantidade maior ou igual a 0,25%, em peso, a fim de aprimorar a temperabilidade do aço, e aumentar sua dureza e resistência mecânica. O teor de cromo deve ser menor que 0,5%, a fim de manter um alongamento satisfatório na ruptura e para limitar custos de fabricação.

[0039] O titânio está presente no aço, em quantidades que variam de 0,025%, em peso a 0,040%, em peso. Em quantidades que variam de 0,025% a 0,040%, o titânio é combinado com nitrogênio e carbono para se precipitar sob a forma de nitretos e/ou carbonitretos. Abaixo de 0,025%, existe o risco de que a resistência mecânica de 1180 MPa não seja obtida.

[0040] Acima de um teor de titânio de 0,040%, existe o risco de que sejam precipitados nitretos de titânio grosseiros a partir do estado líquido, que tende a reduzir a ductilidade e resultar em danos prematuros durante a expansão do furo. Na realidade, quando nitretos maiores que 6 mícrons estão presentes, a maioria destes nitretos provoca desaglutinamento com a matriz durante as etapas de corte e estampagem. O titânio também assegura que o nitrogênio seja combinado em sua totalidade sob a forma de precipitação de endurecimento, de modo que o boro seja encontrado na forma livre e pode desempenhar um papel efetivo na temperabilidade. O titânio está em uma quantidade superestequiométrica em relação ao nitrogênio, desta forma, a razão Ti/N é maior que 3,42.

[0041] O teor de boro em percentual, em peso, está entre 0,0015% e 0,0025%. Limitando a atividade de carbono, o boro permite transformações de fase difusiva (transformação ferrítica ou perlítica durante o resfriamento) para ser controlada e limitada, e para formar as fases de endurecimento (bainita ou martensita) necessárias para se obter características de alta resistência mecânica. A adição de boro também limita a adição de elementos de endurecimento como Mn, Mo e Cr e reduz o custo analítico do grau de aço. De acordo com a invenção, o teor mínimo de boro para assegurar temperabilidade efetiva é de 0,0015%. Acima de 0,0025%, o efeito sobre a temperabilidade é saturado e há um efeito adverso sobre a revestibilidade e ductilidade.

[0042] A composição da chapa de aço também inclui molibdênio, em uma quantidade de 0,08%, em peso, a 0,15%, em peso. O molibdênio, como cromo, desempenha um papel efetivo na temperabilidade, a um teor maior que 0,08%.

[0043] Um teor de molibdênio maior do que 0,15% atrasa a recristalização de ferrita. A resistência mecânica Rm é então muito alta, maior que 1320 MPa, que junto resultou em uma redução em ductilidade.

[0044] Quando a temperatura de recozimento é menor que (Ac3- 25°C), uma adição nas condições da invenção torna possível obter, em combinação com titânio e nióbio, precipitação nanométrica de molibdênio, carbonitretos de nióbio e titânio (carbonitretos de Ti, Nb, Mo), (C, N), o que contribui para o endurecimento e torna possível obter uma resistência mecânica Rm maior ou igual a 1180 MPa após recozimento.

[0045] No entanto, a precipitação excessivamente densa de compostos de tamanho pequeno resulta no endurecimento excessivo: quando a densidade de precipitados menores que 5 nanômetros exceder 10.000 precipitados/μm3, a resistência mecânica Rm pode exceder 1320 MPa e a deconformabilidade a frio torna-se insuficiente.

[0046] Uma adição de molibdênio em uma quantidade especificada na invenção torna possível obter uma chapa de aço que é menos sensível a possíveis flutuações nas etapas após recozimento à temperatura Tm. Embora a taxa de resfriamento VR e a temperatura Te sejam continuamente controladas sob condições industriais de acordo com pontos de ajuste definidos, uma ligeira flutuação nesses parâmetros pode algumas vezes ocorrer temporariamente. Estas flutuações não devem afetar as características do produto final. Dentro da faixa definida pela invenção, flutuações moderadas em VR ou Te, por exemplo, 7%, resultam em uma variação na resistência mecânica Rm de menos que 7%.

[0047] A composição química da chapa laminada a quente contém nióbio, com um teor em percentual, em peso, entre 0,020% e 0,040%. Em quantidades maiores que 0,020%, o nióbio torna possível um aumento na resistência mecânica Rm. Acima de um teor em percentual, em peso, de 0,040%, a recristalização de austenita é atrasada. A estrutura contém, assim, uma fração significativa de grãos alongados, que não resultam mais na obtenção da razão de expansão de furo alvo Ac%.

[0048] Além disso, o teor de nitrogênio em percentual, em peso, está entre 0,002% e 0,007%. A fim de formar uma quantidade suficiente de nitretos e carbonitretos, o teor de nitrogênio deve ser maior que 0,002%. O teor de nitrogênio deve ser menor que 0,007%, a fim de prevenir a precipitação de nitreto de boro, o que pode reduzir a quantidade de boro livre.

[0049] Um teor de alumínio entre 0,005%, em peso e 0,18%, em peso, serve para desoxidar o aço durante sua fabricação. O teor de alumínio deve ser menor que 0,18% ou mesmo menor que 0,030% para prevenir um aumento na temperatura Ac3 e a formação de ferrita durante o resfriamento.

[0050] O teor de enxofre deve ser menor que 0,005%. Acima deste teor, a ductilidade é reduzido devido à presença excessiva de sulfetos como MnS que diminui a deconformabilidade, em particular, a razão de expansão do furo Ac%. Obter teores de enxofre extremamente reduzidos, menores que 0,0005% é, no entanto, muito caro, com nenhuma vantagem significativa em termos de custos de produção. De um ponto de vista prático, pode ser selecionado um teor de enxofre de pelo menos 0,0005%.

[0051] O teor de fósforo deve ser menor que 0,020%. O fósforo é um elemento que confere endurecimento em solução sólida mas reduz a soldabilidade a ponto e ductilidade a quente, particularmente devido a sua propensão para segregar as juntas de grãos ou cosegregar com manganês.

[0052] Obter um teor de fósforo extremamente baixo de menos de 0,001%, no entanto, é muito caro, sem vantagem significativa em termos de custos de fabricação. De um ponto de vista prático, pode ser selecionado um teor de fósforo de pelo menos 0,001%.

[0053] Em uma quantidade menor que 0,003%, o cálcio previne inclusões alongadas, em particular sulfetos, que afetam adversamente a ductilidade.

[0054] Na microestrutura da chapa de aço de acordo com a invenção, a soma das frações de superfície de martensita e bainita inferior está entre 40% e 70%. A microestrutura também contém, em fração de superfície, 15% a 45% de bainita de baixo carbono, 5% a menos de 20% de ferrita, e menos de 5% de austenita retida sob a forma de ilhas. A fração de superfície de ferrita não recristalizada da fração total de ferrita é menor que 15%, o que torna possível obter simultaneamente uma resistência mecânica Rm entre 1180 MPa e 1320 MPa, um alongamento maior que 7% e a taxa de expansão de furo maior ou igual a 20%.

[0055] Conforme observado acima, é feita uma distinção entre martensita autorevenida e martensita inicial, isto é, não revenida e não autorevenida.

[0056] De acordo com uma realização, a martensita é formada a partir de martensita autorevenida, com a porcentagem de superfície da soma da martensita autorevenida e da bainita inferior representando pelo menos 5% da microestrutura total até 50%.

[0057] Martensita autorevenida e bainita inferior tem a forma de ripas finas, e incluem carbonetos dispersos nestas ripas. Em particular, martensita autorevenida e bainita inferior incluem carbonetos de ferro Fe2C e Fe3C sob a forma de hastes orientados nas direções <111> da rede das ripas martensíticas e bainíticas. As porcentagens de martensita autorevenida e inferior são especificadas em conjunto, visto que ambas martensita autorevenida e martensita inferior têm substancialmente o mesmo papel nas propriedades de uso de aço. Além disso, estes dois componentes, sob a forma de ripas finas, não podem ser individualmente distinguidos um do outro nas observações em microscopia eletrônica de varredura. Estes dois componentes podem ser distinguidos apenas através de exames de microscopia eletrônica de transmissão.

[0058] Uma porcentagem de superfície da soma de martensita autorevenida e bainita inferior entre 40% e 70% facilita a conformabilidade de aço, em particular, sua flexibilidade e flangeabilidade. Uma porcentagem de martensita autorevenida e bainita inferior de pelo menos 40% contribui assim para um ângulo de flexão satisfatório, em particular um ângulo de flexão para chapas de espessura entre 0,7 mm e 2 mm, de pelo menos 40°, e uma razão de expansão de furo Ac% maior ou igual a 20%.

[0059] A porcentagem da soma de martensita autorevenida e bainita inferior na microestrutura deve ser menor que 70% para manter uma porcentagem suficiente de bainita de baixo carbono, resultando em um alongamento na ruptura de pelo menos 7%.

[0060] Martensita também pode incluir martensita inicial em uma porcentagem entre 15% e 45% da microestrutura total, e a porcentagem de martensita inicial deve ser menor que 45%, em particular, para prevenir a redução da ductilidade do aço e para garantir uma boa razão de expansão de furo.

[0061] A microestrutura também compreende, na fração de superfície, de 15% a 45% de bainita de baixo carbono. É formada durante o resfriamento após recozimento à temperatura Tm, e durante a manutenção entre 550°C e 450°C. Sua formação é favorecida pela adição de silício, o que tende a atrasar a precipitação de carbonetos, juntamente com uma pequena quantidade de elementos de endurecimento como carbono ou manganês.

[0062] A bainita de baixo carbono aumenta o alongamento na ruptura. Em particular, a porcentagem de superfície de bainita de baixo carbono de pelo menos 15% faz com que seja possível obter um alongamento na ruptura de pelo menos 7%. A porcentagem de superfície de bainita com baixo conteúdo de carboneto deve ser limitada a 45% para garantir uma razão de expansão de furo maior ou igual a 20% e uma resistência mecânica maior ou igual a 1180 MPa.

[0063] A microestrutura também inclui de 5% a menos de 20% de ferrita por unidade de área. Se o teor de ferrita é menor que 5%, existe um risco de obter excesso de martensita autorevenida com tensão de escoamento insuficiente. Se o teor de ferrita exceder 20%, existe um risco de que a resistência mecânica Rm seja menor que 1320 MPa.

[0064] A microestrutura também pode conter até 5%, na fração de superfície, de austenita retida sob a forma de ilhas, formando pequenas placas entre as ripas de martensita autorevenida e bainita inferior.

[0065] Além disso, os inventores também demonstraram a importância do controle do tamanho dos grãos austeníticos criados durante o recozimento de chapas laminadas a frio, isto é, os quais existiram em altas temperaturas após recozimento, antes de subsequente resfriamento. Estes grãos austeníticos são citados como “grãos austeníticos prévios” porque estes grãos são substituídos por outros componentes durante a transformação alotrópica durante o resfriamento. Como será explicado, o tamanho desses grãos austeníticos prévios pode, contudo, ser demonstrado por vários métodos no produto final. De acordo com a invenção, a fração de grãos austeníticos prévios nos quais o tamanho é menor que um micrômetro, representa entre 40% e 60% da população total desses grãos austeníticos prévios.

[0066] A fração de grãos austeníticos prévios na qual o tamanho é menor que um micrômetro é determinada, por exemplo, por meio de um reagente apropriado, para o qual a taxa de ataque químico depende de certas segregações locais nas juntas prévias, como o reagente de Béchet-Beaujard, conhecido por si. Para este fim, uma amostra de aço no estado final, isto é, no final do método de fabricação de acordo com a invenção, é atacada quimicamente por um reagente apropriado, em particular um reagente que compreende uma solução aquosa saturada de ácido pícrico com pelo menos 0,5% de alquil sulfonato de sódio, por um período entre alguns minutos e uma hora.

[0067] No final deste ataque químico, um exame micrográfico da amostra faz com que seja possível visualizar as juntas dos grãos austeníticos prévios, e para criar um histograma da distribuição do tamanho desses grãos austeníticos prévios, em particular para determinar a fração dos grãos austeníticos prévios em que o tamanho é menor que um micrômetro.

[0068] Alternativamente, o tamanho dos grãos austeníticos prévios pode ser determinado por meio de uma têmpera interrompido durante o resfriamento após o recozimento, adotando condições de resfriamento inicial de modo a induzir a nucleação ferrítica intergranular e, em seguida, interromper o mesmo por têmpera.

[0069] Os inventores demonstraram que o tamanho destes grãos austeníticos prévios afeta a cinética de transformação de fase durante o resfriamento após o recozimento. Em particular, grãos austeníticos pequenos, menores que um micrômetro, contribuem para diminuir o valor da temperatura Ms e, assim, aumentar a formação de martensita inicial.

[0070] Por outro lado, a presença de grãos austeníticos grosseiros reduz a formação de bainita de baixo carbono.

[0071] Uma fração de grãos austeníticos prévios, na qual o tamanho é menor que um micrômetro, entre 40% e 60% da população total de grãos austeníticos, contribui para diminuir a temperatura Ms da transformação martensítica, para prevenir a formação de uma proporção excessiva de martensita autorevenida e bainita inferior, o que reduziria o alongamento na ruptura e o ponto de rendimento.

[0072] As características microestruturais apresentadas anteriormente no presente pedido são determinadas, por exemplo, observando a microestrutura através de Microscopia Eletrônica de Varredura usando um canhão de efeito de campo (técnica MEV-FEG) com uma ampliação maior que 1200x, acoplada com um detector de difração por elétrons retroespalhados (EBSD). As morfologias das ripas e grãos são então determinadas por análise de imagem com o uso de um software conhecido, como software Aphelion®.

[0073] A chapa de aço que é laminada a frio e recozida de acordo com a invenção pode ser produzida sem tratamento, sem um revestimento, e também pode ter um revestimento. Por exemplo, esse revestimento pode ser zinco ou liga de zinco, particularmente um revestimento galvanizado-ligado que compreende de 7%, em peso, a 12%, em peso, de ferro.

[0074] Em particular, essa chapa de aço é bem adequada para a deposição de um revestimento metálico, particularmente por meio de galvanização por imersão a quente de acordo com os métodos usuais. Em particular, a composição e as características mecânicas do aço são compatíveis com as restrições e ciclos térmicos de métodos de revestimento para imersão contínua em um banho de zinco.

[0075] O método de revestimento usado depende da aplicação pretendida. Em particular, o revestimento pode ser obtido por imersão a quente, técnica de deposição a vácuo, como Deposição por Vapor a Jato (JVD) ou galvanoplastia catiônica.

[0076] Os inventores demonstraram que uma chapa de aço de acordo com a invenção tem uma resistência mecânica entre 1180 MPa e 1320 MPa, juntamente com uma tensão de escoamento entre 750 MPa e 970 MPa, antes de qualquer operação de laminação de encruamento, um alongamento na ruptura de pelo menos 7%, em particular maior que 8%, e uma razão de expansão de furo Ac% de pelo menos 20%.

[0077] Em particular, uma tensão de escoamento entre 800 MPa e 970 MPa é obtido, embora mantendo uma resistência mecânica menor que 1320 MPa. Além disso, essa chapa tem um ângulo de flexão alto. Em particular, quando a chapa tem uma espessura entre 0,7 mm e 2 mm, o ângulo de flexão é de pelo menos 40°.

[0078] A implementação de um método de fabricação para uma chapa laminada de acordo com a invenção envolve as seguintes etapas:

[0079] É fornecido um aço que tem a composição de acordo com a invenção e um produto semiacabado é fundido a partir dele. Esta fundição pode ser realizada em lingotes ou continuamente em placas com uma espessura de cerca de 200 mm.

[0080] As fundições semiacabadas são primeiro aquecidas a uma temperatura TR maior que 1250°C, a fim de homogeneizar o aço e dissolver completamente os precipitados.

[0081] O produto semiacabado é, em seguida, laminado a quente, em uma faixa de temperatura onde a estrutura de aço é totalmente austenítica, isto é, a uma temperatura TFL maior que a temperatura Ar3 em na qual a transformação austenítica se inicia durante o resfriamento. Se a temperatura TFL é menor que a temperatura Ar3, os grãos de ferrita são endurecidos por laminação e a ductilidade é reduzida. Preferencialmente, uma temperatura no final de uma laminação maior que 875°C deve ser selecionada.

[0082] A chapa laminada a quente é resfriada a uma taxa maior que 30°C/s para prevenir a formação de ferrita e perlita, em seguida, a chapa laminada a quente é bobinada a uma temperatura TBob entre 500°C e 580°C. A temperatura de bobinagem deve ser menor que 580°C para prevenir oxidação durante a bobinagem. Se a temperatura de bobinagem for muito baixa, isto é, menor que 500°C, a dureza do aço aumenta, o que aumenta o esforço necessário para posterior laminação a frio. A faixa de temperatura da bobinagem também previne a formação de perlita.

[0083] A chapa é então decapada usando um dos métodos bem conhecidos.

[0084] A laminação a frio é então realizada, com uma taxa de redução, por exemplo, entre 40% e 70%, a fim de introduzir uma quantidade de deformação que permite subsequente recristalização.

[0085] A chapa laminada a frio é então aquecida, preferencialmente em uma planta de recozimento contínuo, com uma taxa média de aquecimento VC entre 1°C/s e 20°C/s, entre 600°C e temperatura Ac1 (temperatura na qual a austenita inicia sua transformação alotrópica durante o aquecimento).

[0086] A temperatura Ac1 pode ser medida por dilatometria, ou avaliada por meio da seguinte fórmula publicada em “Darstellung der Umwandlungen für technische Anwendungen und Moglichkeiten ihrer Beeinflussung,” H. P. Hougardy, Werkstoffkunde Stahl Band 1,198-231, Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1984: Ac1 = 739 - 22*C - 7*Mn + 2*Si +14*Cr + 13*Mo - 13*Ni.

[0087] Nesta fórmula, a temperatura Ac1 é expressa em graus Celsius, e os teores elementais da composição são expressos como percentual, em peso.

[0088] Quando o aço é aquecido entre 600°C e Ac1, inicia-se um processo de recristalização e (TiNbMo), (CN) e são formados de precipitados que controlam a distribuição de tamanho dos grãos austeníticos formados começando em Ac1. Surpreendentemente, os inventores demonstraram que o controle da taxa média de aquecimento VC entre 600°C e Ac1 e, assim, o tempo de aquecimento entre 600°C e Ac1, o qual corresponde ao tempo entre o início da recristalização e o início da fase de transformação, é decisivo para a cinética de transformações de fase subsequentes, especialmente durante a etapa de manutenção da temperatura de recozimento Tm. Os inventores demonstraram, desta forma, que inesperadamente a escolha de uma taxa média de aquecimento VC entre 600°C e Ac1 compreendida entre 1 °C/s e 20°C/s torna isso possível, no final do processo de fabricação, para obter um aço em que a microestrutura é composta, na fração de superfície, de 40% a 70% na soma de martensita e bainita inferior, 15% a 45% de bainita de baixo carbono, 5% a menos de 20% de ferrita, e menos que 5% de austenita retida sob a forma de ilhas.

[0089] Em particular, uma taxa média de aquecimento VC menor que 1°C/s resultaria em um tempo de aquecimento excessivamente longo entre 600°C e Ac1, o que resultaria em excesso de formação de ferrita e resistência mecânica muito baixa.

[0090] Reciprocamente, uma taxa média de aquecimento VC maior que 20°C/s resultaria em um tempo de aquecimento insuficiente entre 600°C e Ac1, e em crescimento insuficiente de grãos ferríticos durante o aquecimento entre 600°C e Ac1.

[0091] Dessa forma, os inventores demonstraram que o tamanho de grãos ferríticos obtidos após aquecimento entre 600°C e Ac1 tem uma influência sobre o tamanho dos grãos de austenita após austenitização. O crescimento insuficiente de grãos ferríticos resulta na formação de uma fração excessivamente grande de grãos de austenita, o que resulta em uma formação insuficiente de martensita autorevenida após recozimento, isto é, menos de 40%, devido à redução do valor da temperatura MS.

[0092] A chapa laminada a frio é então aquecida da temperatura Ac1 até uma temperatura de recozimento Tm entre 780°C e (Ac3-25°C).

[0093] A temperatura Ac3 pode ser medida por dilatometria ou calculada de acordo com a fórmula: Ac3 = 912 - 370- 27,4 Mn +27,3Si -6,35 Cr -32,7 Ni +95,2 V +190Ti +72 Al +64,5 Nb +5,57 W +332 S +276 P+ 485 N -900B +16,2 C Mn +32,3 C Si +15,4 C Cr+ 48 C Ni +4,32 Si Cr - 17,3 Si Mo -18,6 Si Ni +4,8 Mn Ni +40,5 Mo V+ 174 C2+ 2,46 Mn2 -6,86 Si2 +0,322 Cr2+ 9,9 Mo2 +1,24 Ni2 -60,2 V2.

[0094] Nesta fórmula, a temperatura Ac3 é expressa em graus Celsius, e os teores elementais da composição são expressos em percentual, em peso.

[0095] Quando a temperatura Tm é menor que 780°C, a densidade do precipitado (Ti, Nb, Mo), (CN) é tal que o endurecimento pode levar a um aumento de Rm acima do valor de 1320 MPa e conformabilidade inferior.

[0096] Quando a temperatura Tm é maior que (Ac3-25°C), o tamanho de grão austenítico aumenta excessivamente de modo que é formada uma quantidade excessiva de bainita inferior e martensita, em detrimento de martensita inicial e desta forma é impossível obter uma resistência mecânica Rm de 1180 MPa.

[0097] A chapa laminada a frio é mantida a uma temperatura Tm por um período de tempo Dm entre 30 segundos e 150 segundos.

[0098] O período de tempo Dm é selecionado de modo que a fração de grãos austeníticos na qual o tamanho é menor que um micrômetro representa de 40% a 60% da população austenítica total. Um tempo de manutenção Dm menor que 30s resulta na formação de uma proporção excessiva de ferrita no final do processo. O tamanho dos grãos austeníticos determina a cinética de transformação de fase durante o resfriamento após o recozimento. Em particular, grãos austeníticos pequenos, menores que um micrômetro, contribuem para diminuir o valor da temperatura Ms e, assim, reduzir a formação de martensita autorevenida.

[0099] O aquecimento das chapas laminadas a frio a uma taxa média de aquecimento VC entre 1°C/s e 20°C/s a uma temperatura entre 600°C e temperatura Ac1, seguido por aquecimento da chapa laminada a frio entre Ac1 e Tm e mantendo a chapa laminada a frio à temperatura Tm pelo período de tempo Dm entre 50 segundos e 100 segundos, desta forma, torna possível controlar o tamanho dos grãos de austenita formados e, mais particularmente, para controlar a fração destes grãos em que o tamanho é menor que pelo menos um micrômetro.

[00100] Estes parâmetros de aquecimento tornam possível que a microestrutura de acordo com a invenção seja obtida no final do recozimento e, desta forma, contribuem para a obtenção das características mecânicas desejadas.

[00101] No caso de uma chapa destinada a ser subsequentemente galvanizada, a chapa de aço é então resfriada a uma taxa VRI entre 10°C/s e 150°C/s, a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C. A taxa de resfriamento deve ser maior que 10°C/s para formar menos que 5% de ferrita e não formar excesso de bainita de baixo carbono.

[00102] No caso de fabricação de uma chapa nua (bare sheet), a chapa de aço é resfriada a uma taxa VR2 entre 10°C/s e 100°C/s, a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C.

[00103] O resfriamento pode ser realizada a partir da temperatura Tm em uma ou mais etapas e pode envolver vários métodos de resfriamento, como banhos frios ou em água fervente, jatos de água ou jatos de gás.

[00104] A chapa é então mantida na temperatura Te por um período de tempo De entre 5 segundos e 150 segundos.

[00105] A transformação parcial de austenita em bainita de baixo carbono ocorre nesta etapa. A manutenção em Te deve ser menor que 150 s, de modo a limitar a fração de superfície de bainita e, assim, obter uma proporção suficiente de martensita.

[00106] As seguintes etapas do método se diferem dependendo se será fabricada uma chapa de aço galvanizado contínua, em particular, galvanizada-ligada ou não revestida.

[00107] De acordo com uma primeira realização, correspondente à fabricação de uma chapa de aço galvanizado contínua, a chapa é revestida por imersão contínua em um banho de zinco ou de liga de zinco a uma temperatura TZn entre 450°C e 480°C por alguns segundos. As temperaturas Te e TZn são de modo que 0°C < (Te-TZn) <10°C.

[00108] O produto galvanizado é então resfriado à temperatura ambiente, enquanto uma grande fração da austenita restante é transformada para martensita frescos e/ou bainita inferior.

[00109] Caso seja fabricada uma chapa de aço laminada a frio, recozida e galvanizada-ligada (“galvannealed”), o produto galvanizado é aquecido imediatamente após a saída do banho de zinco ou liga de zinco a uma temperatura TG entre 490°C/s e 550°C por um período de tempo tG entre 10 segundos e 40 segundos. Isso causa a difusão de ferro e da fina camada de zinco ou liga de zinco depositada durante o processo de imersão, resultando em uma chapa galvanizada-ligada.

[00110] A chapa galvanizada-ligada é então resfriada à temperatura ambiente, enquanto uma grande fração da austenita restantes é transformada para martensita inicial e/ou bainita inferior.

[00111] Em uma segunda realização, correspondente à fabricação de uma chapa de aço não revestida, o resfriamento da chapa é realizado a partir de temperatura Te até temperatura ambiente.

[00112] Em uma terceira realização, correspondente à produção de chapa de aço revestida por um processo a vácuo, procede-se como na segunda realização, a chapa é resfriada a partir da temperatura Te até temperatura ambiente, então um revestimento de zinco ou de liga de zinco é obtido por deposição a vácuo, por exemplo, por uma deposição física de vapor (PVD) ou uma Deposição por Vapor a Jato (JVD).

[00113] Em todas as realizações descritas acima, uma chapa de aço laminada a frio e recozida na fração de superfície, 40% a 70% da quantidade total de martensita e bainita inferior, 15% a 45% de bainita de baixo carbono, 5% a menos de 20% de ferrita e menos que 5% de austenita retida sob a forma de ilhas é obtida.

[00114] Os inventores demonstraram que o uso deste método torna possível obter uma chapa de aço com uma resistência mecânica entre 1180 MPa e 1320 MPa, juntamente com uma tensão de escoamento entre 750 MPa e 970 MPa (antes de qualquer operação de laminação de encruamento, um alongamento na ruptura de pelo menos 7% ou até 8%, em que a razão de expansão de furo Ac% é maior ou igual a 20%.

[00115] Além disso, o uso deste método assegura que a chapa possa ser dobrada pelo menos 40° quando a espessura da chapa está entre 0,7 mm e 2 mm.

[00116] A chapa obtida também é adequada para soldagem por meio de métodos de união convencionais como solda a ponto por resistência.

[00117] Por meio de exemplos não exaustivos, os resultados a seguir mostrarão as características vantajosas conferidas pela invenção.

[00118] Produtos de aço semiacabados foram fornecidos, em que as composições, expressas como percentual, em peso (%), são mostradas na Tabela 1 abaixo.

[00119] Além de aços I1 a I3 usados para fabricação de chapas de acordo com a invenção, para propósitos de comparação, é indicada a composição de aços R1 a R5 usados para fabricação de chapas de referência.

[00120] A temperatura Ac3 foi medida por dilatometria, ou calculada com o uso da fórmula acima e relatada na Tabela 1. TABELA 1 COMPOSIÇÕES DO AÇO - TEMPERATURA AC3

Valores sublinhados: não de acordo com a invenção.

[00121] Fundições semiacabadas que correspondem às composições acima foram aquecidas a uma temperatura TR maior que 1250°C, em seguida, laminadas a quente, a temperatura no final da laminação sendo de 850°C, maior que Ar3 para todos estes aços.

[00122] As chapas laminadas a quente foram resfriadas, enquanto a formação de ferrita e perlita é evitada, em seguida bobinadas a uma temperatura de 545°C. As chapas foram, então, laminadas a frio para uma espessura de 1,4 mm.

[00123] Em um primeiro conjunto de testes, chapas I1 foram, em seguida, aquecidas a uma taxa de aquecimento VC, entre 600°C e Ac1, Ac1, denotando a temperatura em que começa a transformação austenítica durante o aquecimento e, em seguida, novamente a partir de Ac1 até a temperatura Tm e mantidas a uma temperatura Tm por um período de tempo Dm.

[00124] As chapas foram resfriadas a uma taxa VR1 até uma temperatura Te, em seguida, mantida na temperatura Te por um período de tempo De.

[00125] Em um teste particular (I1F), a chapa I1 foi aquecida a 810°C, mantida por 120 s nesta temperatura, em seguida, resfriada por têmpera em água a uma taxa maior que 100°C/s à temperatura ambiente, isto é, sem a etapa de manutenção à temperatura Te.

[00126] Estes testes foram realizados sob várias condições de tratamento (A a H), conforme mostrado na Tabela 2. Nesta tabela, “n.a.” significa: não aplicável. De fato, no tratamento F, não houve retenção a uma temperatura Te, tornando assim impossível definir um tempo de retenção relevante De.

[00127] Em um segundo conjunto de testes, os graus R1-R5 foram tratados sob as condições definidas na Tabela 3.

[00128] As chapas fabricadas sob todas as condições acima foram, então, revestidas com um revestimento por imersão a quente contínua em um banho de zinco a 460°C e imediatamente aquecidas a 510°C, de modo a obter um revestimento galvanizado-ligado. TABELA 2 CONDIÇÕES DE TESTE PARA GRAU I1. Valores sublinhados: não de acordo com a invenção TABELA 3 CONDIÇÕES DE TESTE PARA GRAUS I2, I3 E R1 A R5

[00129] As características mecânicas das chapas obtidas desta forma foram determinadas, resultante da composição do aço e do tratamento térmico. Por convenção, as chapas foram nomeadas combinando os nomes da composição química e do tratamento térmico: desta forma I1A refere-se à chapa obtida a partir da composição I1 à qual as condições de tratamento térmico foram aplicadas.

[00130] Os testes de resistência à tração foram usados para determinar a tensão de escoamento Re, resistência à tração Rm, e alongamento total das chapas obtidas por estes vários métodos de fabricação. A capacidade de flexão destas chapas também foi determinada por determinação do ângulo máximo antes da fratura.

[00131] Este ângulo é determinado aplicando-se uma punção às chapas de modo a flexioná-las. A força aplicada para se obter flexão aumenta até ocorrer fratura. A medição da força aplicada durante a flexão, desta forma, torna possível detectar o início da fratura da chapa e para medir o ângulo de flexão máximo quando esta fratura ocorrer.

[00132] A razão de expansão de furo Ac% também foi determinada para cada chapa, fazendo um furo de 10 mm de diâmetro na chapa cortando através da chapa, em seguida, usando uma ferramenta cônica para expandir as bordas do furo. Conforme descrito na norma ISO 16630:2009, o diâmetro inicial Di do furo antes da estampagem e o diâmetro final Df do furo após a estampagem foram medidos no momento que começaram a aparecer fissuras na espessura da chapa nas bordas do furo. A capacidade de expansão do furo Ac% foi determinada de acordo com a seguinte fórmula:

[00133] Também foram determinadas características microestruturais do aço. As frações de superfície de martensita (incluindo martensita autorevenida e martensita inicial) e bainita inferior (juntamente), martensita autorevenida e bainita inferior (juntamente), e bainita de baixo carbono foram quantificadas em seções polidas submetidas a ataque químico com bissulfito de sódio. A fração de superfície de martensita inicial foi quantificada após o ataque químico por um reagente NaOH-NaNO3.

[00134] A fração de superfície de ferrita também foi determinada com o uso de observações de microscopia eletrônica óptica e de varredura em que a fase ferrítica foi identificada.

[00135] A natureza, tamanho e densidade de precipitados de filmes finos também foram observados por meio de microscopia eletrônica de transmissão.

[00136] Detalhes relativos às microestruturas da chapa são mostrados na Tabela 4 abaixo. TABELA 4 CARACTERÍSTICAS MICROESTRUTURAIS DAS CHAPAS OBTIDAS Valores sublinhados: não de acordo com a invenção n.d.: não determinado

[00137] As propriedades mecânicas da chapa são mostradas na Tabela 5 abaixo. TABELA 5 PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS CHAPAS OBTIDAS n.d.: não determinado

[00138] As relações entre composições de aço, sua microestrutura, e suas propriedades mecânicas são, desta forma, demonstradas.

[00139] Chapas de aço de acordo com a invenção têm uma composição e uma microestrutura que torna possível obter uma resistência mecânica, uma tensão de escoamento, um alongamento na ruptura, um ângulo de flexão e uma razão de expansão de furo que satisfazem os valores alvo.

[00140] As Figuras 1 e 2 ilustram a microestrutura de exemplo I1A. A Figura 1 mostra o resultado do uso de bissulfito de sódio para atacar quimicamente uma chapa, enquanto que a Figura 2 mostra o resultado do uso de NaOH-NaNO3 para atacar quimicamente uma chapa. A Figura 1 mostra martensita autorevenida e bainita inferior (M+BI), bem como bainita de baixo carbono (BFC). A Figura 2 mostra, sob a forma de áreas mais escuras, martensita inicial (MF).

[00141] No teste I1A, as observações MET (Figura 3) revelam a presença de carbonitretos de (Ti, Nb, Mo), (CN) com um tamanho médio de 7 nm, em uma quantidade menor que 10.000 precipitados/μm3, de modo que as propriedades mecânicas desejadas sejam obtidas. Essas observações também revelam a presença de carbonetos sob a forma de hastes orientados em direções <111> nas ripas de martensita autorevenida e bainita inferior. Bainita de baixo carbono contém menos que 100 carbonetos por 100 micrômetros quadrados de unidade de área de superfície.

[00142] No teste I1B, a temperatura de recozimento Tm está muito perto de AC3, o que resulta em uma baixa quantidade de carbono na austenita. Excesso de bainita de baixo carbono se forma durante o resfriamento e manutenção na temperatura Te. Isto resulta em resistência mecânica insuficiente.

[00143] Nos testes I1D e I1E, a taxa de aquecimento Vc é muito baixa. Desta forma, é observado o crescimento excessivo de grão de ferrita. Isso deixa excesso de ferrita no aço e existe martensita ou bainita inferior insuficiente. A resistência mecânica Rm é, portanto, não obtida mesmo por manutenção dos tempos Dm de 60 s, como é o caso, por exemplo, de I1E.

[00144] No teste I1F a taxa de resfriamento VR é muito alta. Isso resulta em excesso de martensita e bainita inferior, e insuficiente de bainita de baixo carbono e martensita inicial. A resistência mecânica e a tensão de escoamento estão, portanto, muito além dos valores alvo, embora o alongamento na ruptura seja insuficiente.

[00145] A manutenção de tempo Dm à temperatura Tm para tratamento G é muito curto, de modo que a chapa produzida de acordo com a condição I1G tem uma taxa de recristalização de ferrita menor que 15%. Isto gera uma estrutura em bandas, que resulta em um valor de expansão de furo que é muito baixo.

[00146] No teste I1H, a temperatura de recozimento é muito baixa, o que resulta em uma densidade excessivamente alta de pequenos precipitados: a observações MET (Figura 4) mostram um tamanho médio de 5 nm em uma quantidade maior que 10.000 precipitados/μm3, de modo que a resistência mecânica ultrapassa 1320 MPa. Além disso, a baixa temperatura de recozimento Tm torna impossível obter uma taxa de recristalização de ferrita maior que 15%, o que resulta em um valor de expansão de furo muito baixo.

[00147] Nos testes I1G e I1H, a fração de grãos austeníticos em que o tamanho é menor que 1 μm é muito alta, resultando em uma temperatura Ms muito baixa e, portanto, a formação de uma quantidade de bainita mais martensita autorevenida que é muito baixa. Isto contribui para reduzir a expansão de furo, que é tão pequena quanto estes dois testes.

[00148] A chapa de acordo com o exemplo R1B tem teores de C, Cr, Ti e B que são muito altos, de modo que sua resistência mecânica Rm é muito alta, apesar de uma baixa quantidade de Mo. Desta forma, embora seja obtida uma tensão de escoamento satisfatória Re, ele é obtido em conjunto com uma resistência mecânica Rm que é muito alta.

[00149] As chapas de teste R2B, R3B e R3C contém níveis insuficientes de C e Mn e Mo e, portanto, não têm uma resistência mecânica satisfatória, embora as quantidades de B e Cr sejam muito altas.

[00150] Por exemplo, R5 tem teor de Mn insuficiente, o que resulta em excesso de formação de bainita de baixo carbono nos tratamentos B e C.

[00151] As chapas de aço de acordo com a invenção podem ser vantajosamente usadas para a fabricação de peças estruturais ou de segurança na indústria automotiva.

Claims

1. CHAPA DE AÇO, laminada a frio e recozida que tem uma espessura entre 0,7 mm e 2 mm, resistência mecânica entre 1180 MPa e 1320 MPa, uma razão de expansão de furo Ac% maior que 20% e um ângulo de flexão maior ou igual a 40°, em que a composição química consiste de, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% ≤C ≤0,11%; 2,6% ≤Mn ≤2,8%; 0,20% ≤Si ≤0,55%; 0,25% ≤Cr ≤0,5%; 0,025% ≤Ti ≤0,040%; 0,0015% ≤B ≤0,0025%; 0,005% ≤Al ≤0,18%; 0,08% ≤Mo ≤0,15%; 0,020% ≤Nb ≤0,040%; 0,002% ≤N ≤0,007%; 0,0005% ≤S ≤0,005%; 0,001% ≤P ≤0,020%; Ca ≤0,003%; sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, a chapa tendo uma microestrutura que compreende martensita e/ou bainita inferior, a martensita compreendendo martensita inicial (MF) e/ou martensita autorevenida, a soma das frações de superfície de martensita e bainita inferior estando entre 40% e 70%, uma fração de ferrita não recristalizada de uma fração de ferrita total sendo menor que 15%, e menor que 5% como uma fração de superfície de austenita retida sob a forma de ilhas, a fração de grãos austeníticos prévios em que o tamanho é menor que pelo menos um micrômetro representando 40% a 60% da população total dos grãos austeníticos prévios, a chapa de aço sendo caracterizada por compreender adicionalmente de 15% a 45% da fração de superfície de bainita de baixo carbono (BFC) e de 5% a menos de 20% da fração de superfície de ferrita e em que a microestrutura compreende de 15% a 45% da fração de superfície de martensita inicial (MF).

2. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela microestrutura compreender de 5% a 50% na fração de superfície da soma de martensita autorevenida e bainita inferior (M+BI).

3. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pela martensita autorevenida e a bainita inferior (M+BI) conterem carbonetos sob a forma de hastes orientadas nas direções <111> das ripas martensíticas e bainíticas.

4. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela bainita de baixo carbono (BFC) conter menos de 100 carbonetos por 100 micrômetros quadrados de unidade de área de superfície.

5. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por conter precipitados do tipo (Ti, Nb, Mo), (C, N) de menos de 5 nanômetros de tamanho, presentes em uma quantidade de menos de 10000 precipitados/μm3.

6. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pela composição química compreender, sendo o conteúdo expresso como percentual, em peso: 2,6% < Mn < 2,7%.

7. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pela composição química compreender, sendo o conteúdo expresso como percentual, em peso: 0,30% < Si < 0,5%.

8. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pela composição química compreender, sendo o conteúdo expresso como percentual, em peso: 0,005% < Al < 0,030%.

9. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela chapa de aço compreender um revestimento de zinco ou de liga de zinco obtido por endurecimento.

10. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo revestimento de zinco ou liga zinco ser um revestimento galvanizado-ligado, o revestimento de zinco ou liga zinco compreendendo de 7%, em peso, a 12%, em peso, de ferro.

11. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela chapa de aço compreender um revestimento de zinco ou de liga de zinco obtido por deposição a vácuo.

12. MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA LAMINADA A FRIO E RECOZIDA, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender as seguintes etapas: - é fornecido um produto semiacabado, em que a composição química consiste de, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% ≤C ≤0,11%; 2,6% ≤Mn ≤2,8%; 0,20% ≤Si ≤0,55%; 0,25% ≤Cr ≤0,5%; 0,025% ≤Ti ≤0,040%; 0,0015% ≤B ≤0,0025%; 0,005% ≤Al ≤0,18%; 0,08% ≤Mo ≤0,15%; 0,020% ≤Nb ≤0,040%; 0,002% ≤N ≤0,007%; 0,0005% ≤S ≤0,005%; 0,001% ≤P ≤0,020%; Ca ≤0,003%; sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, em seguida - o produto semiacabado é aquecido a uma temperatura Tr maior ou igual a 1250°C, em seguida - o produto semiacabado é laminado a quente, a temperatura final da laminação sendo maior que a temperatura Ar3 na qual começa a transformação austenítica durante o resfriamento, para se obter uma chapa laminada a quente, em seguida - a chapa laminada a quente é resfriada a uma taxa maior que 30°C/s para prevenir a formação de ferrita e perlita, em seguida - a chapa laminada a quente é bobinada a uma temperatura entre 580°C e 500°C, em seguida - a chapa laminada a quente é laminada a frio para se obter uma chapa laminada a frio, em seguida - a chapa laminada a frio é aquecida entre 600°C e Ac1, Ac1 denotando a temperatura na qual começa a transformação austenítica durante o aquecimento, a uma taxa de aquecimento VC entre 1°C/s e 20°C/s, em seguida - a chapa laminada a frio é levada a uma temperatura Tm entre 780°C e (Ac3-25°C) e a chapa laminada a frio é mantida na temperatura Tm por um período de tempo Dm entre 30 segundos e 150 segundos, em que Ac3 denota a temperatura final de transformação austenítica durante o aquecimento, em seguida - a chapa é resfriada a uma taxa VR1 entre 10°C e 150°C/s a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C, em seguida - a chapa é mantida na temperatura Te por um período de tempo De entre 5 segundos e 150 segundos, então - a chapa é revestida por imersão a quente de maneira contínua por imersão em um banho de zinco ou liga de zinco à temperatura TZn entre 450°C e 480°C, as temperaturas Te e TZn sendo de modo que 0°C < (Te- TZn) < 10°C, de modo a obter uma chapa revestida, em seguida - a chapa revestida é opcionalmente aquecida a uma temperatura TG entre 490°C e 550°C por um período tempo tG entre 10 s e 40 s.

13. MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA LAMINADA A FRIO E RECOZIDA, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8 ou 11, caracterizado por compreender as seguintes etapas sequenciais: - é fornecido um produto semiacabado, em que a composição química consiste de, sendo os teores expressos como percentual, em peso: 0,09% ≤C ≤0,11%; 2,6% ≤Mn ≤2,8%; 0,20% ≤Si ≤0,55%; 0,25% ≤Cr ≤0,5%; 0,025% ≤Ti ≤0,040%; 0,0015% ≤B ≤0,0025%; 0,005% ≤Al ≤0,18%; 0,08% ≤Mo ≤0,15%; 0,020% ≤Nb ≤0,040%; 0,002% ≤N ≤0,007%; 0,0005% ≤S ≤0,005%; 0,001% ≤P ≤0,020%; Ca ≤0,003%; sendo o restante ferro e impurezas inevitáveis que surgem do processamento, - o produto semiacabado é aquecido a uma temperatura Tr maior ou igual a 1250°C, - o produto semiacabado é laminado a quente, a temperatura final para laminação sendo maior que a temperatura Ar3, para se obter uma chapa laminada a quente, em seguida - a chapa laminada a quente é resfriada a uma taxa maior que 30°C/s para prevenir a formação de ferrita e perlita, em seguida - a chapa laminada a quente é bobinada a uma temperatura entre 580°C e 500°C, em seguida - a chapa laminada a quente é laminada a frio para se obter uma chapa laminada a frio, e em seguida - a chapa laminada a frio é reaquecida a uma taxa de reaquecimento VR entre 600°C e Ac1, Ac1 denotando a temperatura na qual começa a transformação austenítica durante o aquecimento, entre 1°C/s e 20°C/s, em seguida - a chapa laminada a frio é reaquecida a uma temperatura Tm entre 780°C e (Ac3-25°C) e a chapa laminada a frio é mantida na temperatura Tm por um período de tempo Dm entre 30 segundos e 150 segundos, em que Ac3 denota a temperatura final de transformação austenítica durante o aquecimento, em seguida - a chapa é resfriada a uma taxa VR2 entre 10°C/s e 100°C/s a uma temperatura Te entre 400°C e 490°C, em seguida - a chapa é mantida na temperatura Te por um período de tempo De de 5 segundos a 150 segundos, então - a chapa é resfriada à temperatura ambiente, em seguida - é aplicado à chapa um revestimento de zinco ou liga de zinco por deposição a vácuo.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela deposição a vácuo ser realizada por deposição física de vapor.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela deposição a vácuo ser realizada por Deposição por Vapor a Jato.