BR112020000917A2

BR112020000917A2 - tira de aço, folha ou espaço em branco para produzir uma peça formada a quente, peça, e método para formar a quente um espaço em branco dentro de uma peça

Info

Publication number: BR112020000917A2
Application number: BR112020000917-2A
Authority: BR
Inventors: Radhakanta Rana
Original assignee: Tata Steel Ijmuiden B.V.
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-07-21
Also published as: JP2020528963A; US20210156012A1; EP3658692A1; KR20200035259A; MX2020000928A; JP7326247B2; ES2899238T3; WO2019020575A1; EP3658692B1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma tira de aço, folha ou espaço em branco para produzir peças formadas a quente, contendo pelo menos a composição a seguir em % em peso: C: 0,03 ? 0,17, Mn: 0,65 ? 2,50, Cr: 0,2 ? 2,0, Ti: 0,01 ? 0,10, Nb: 0,01 ? 0,10, B : 0,0005-0,005, N: = 0,01, em que Ti/N ¿ 3,42. A invenção também se refere a uma peça formada a quente produzida de tal tira de aço, folha ou espaço em branco, para o uso de tal peça formada a quente, e a um método para formar tal espaço em branco de aço, ou uma peça pré-formada feita de tal espaço em branco, em uma peça.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TIRA DE AÇO, FOLHA OU ESPAÇO EM BRANCO PARA PRODUZIR UMA PEÇA FORMADA A QUENTE, PEÇA, E MÉTODO PARA FORMAR A QUENTE UM ESPAÇO EM BRANCO DENTRO DE UMA PEÇA".

[0001] A presente invenção refere-se a uma tira, folha ou espaço em branco para produzir uma peça formada a quente; uma peça for- mada a quente; e um método para produzir uma peça formada a quen- te. Existe uma demanda cada vez maior por ligas de aço, para redu- ção do peso de peças de automóvel, a fim de reduzir o consumo de combustível, enquanto fornecem, ao mesmo tempo, proteção melho- rada para os passageiros.

[0002] A fim de atender os requisitos da indústria automotiva, em termos de propriedades mecânicas melhoradas, tais como resistência à tração melhorada, absorção de energia, capacidade de trabalho, ma- leabilidade e enrijecimento, processos de formação a frio e de forma- ção a quente foram desenvolvidos para produzir aços que atendam esses requisitos

[0003] Em processos de formação a frio, o aço é moldado em um produto perto da temperatura ambiente. Produtos de aço produzidos desta maneira são, por exemplo, aços de fase dupla (DP), que têm uma microestrutura ferrítico-martensítica. Embora esses aços DP mos- trem uma resistência à tração altamente definitiva, sua flexibilidade e força de escoamento são baixas, o que é indesejável uma vez que re- duz o desempenho de colisão.

[0004] Nos processos de formação a quente, os aços são aqueci- dos acima da sua temperatura de recristalização, e extintos para obter as propriedades materiais desejadas, normalmente por uma transfor- mação martensítica. Os fundamentos da técnica de formação a quen- te, e composições de aço, adaptadas para ser usadas dessa maneira, já foram descritos em GB1490535.

[0005] Um aço tipicamente usado para formação a quente é o aço 22MnB5. Este aço boro pode ser aquecido em fornalha, e normalmen- te é austenitizado entre 870-940º C, transferido da fornalha para for- mar a ferramenta, e estampada na geometria da peça desejada, en- quanto a peça é ao mesmo tempo refrigerada. A vantagem de tais pe- ças de aço boro produzidas desta maneira, é que elas exibem uma força de tração alta definitiva para valor de impacto anti-incomodo (an- ti-intrusivo), devido à sua total microestrutura martensítica, mas ao mesmo tempo elas exibem maleabilidade e flexibilidade baixas, que por sua vez resultam em um enrijecimento e, desse modo, um baixo valor de choque de absorção da energia de impacto.

[0006] A medição do enrijecimento de fratura é uma ferramenta útil para indicar a absorção da energia da energia de colisão dos aços. Quando os parâmetros de espessura da fratura são altos, geralmente um bom comportamento de colisão é obtido.

[0007] Em vista do acima, está claro que existe uma necessidade de peças de aço que exibam uma excelente resistência à tração defini- tiva, e ao mesmo tempo uma excelente ductilidade e flexibilidade, e por sua vez excelente absorção de energia de colisão.

[0008] Desta maneira, é um objetivo da presente invenção forne- cer uma tira de aço, folha ou espaço em branco que pode ser formada em uma peça, que tenha uma combinação de uma resistência de tra- ção definitiva, ductilidade e flexibilidade, dessa maneira fornecendo uma excelente absorção da energia de colisão, quando comparada aos aços convencionais de formação a frio e formação a quente.

[0009] É um outro objetivo da presente invenção, fornecer uma peça de formação a quente, que é produzida de uma tal tira de aço, folha ou espaço em branco, e o uso de tal peça formada a quente co- mo uma peça estrutural de um veículo.

[0010] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para formação a quente, de um espaço em branco de aço em uma peça.

[0011] Foi agora descoberto que esses objetivos podem ser esta- belecidos, quando é feito uso de um aço de liga baixa que contém, em adição a carbono, magnésio, cromo, titânio e nitrogênio, quantidades relativamente pequenas de nióbio e boro.

[0012] Por conseguinte, a presente invenção refere-se a uma tira de aço, folha ou espaço em branco para produzir peças formadas a quente, tendo as seguintes composições em % em peso: C: 0,03 — 0,17, Mn: 0,65 — 2,50, Cr: 0,2-2,0, Ti: 0,01 - 0,10, Nb: 0,01 — 0,10, B : 0,0005 — 0,005, N: < 0,01, em que Ti/N > 3,42, e opcionalmente um ou mais dos elementos são selecionados de: Si: <0,1, Mo: < 0,1, Al: $ 0,1, Cu: $ 0,1, P: : < 0,03, S: € 0,025, O: 0,01, V: 0,15, Ni: < 0,15 Ca: € 0,05 o restante sendo ferro e impurezas inevitáveis.

[0013] A peça formada a quente produzida a partir de tira de aço,

folha ou espaço em branco, de acordo com a presente invenção, exibe uma combinação melhorada de resistência à tração, ductilidade e fle- xibilidade, e dessa maneira impacta o enrijecimento, quando compara- da aos aços de boro formados a quente convencionais.

[0014] Dois componentes automotivos para estes aços estão em mente, a saber barras longitudinais dianteiras e o pilar B-. Para a longi- tudinal dianteira, atualmente um aço de fase dupla formado a frio (DP800) é usado, e para o pilar B- um aço 22MnB5 estampado a quente é usado. O aço DP tem uma absorção de energia inferior, e usando um aço de resistência mais alta (Resistência a Tração Final > 800 MPa) vai possibilitar mais economia de peso, através de baixa aferição e segurança do passageiro aumentadas, através da absorção de energia de colisão mais alta. Por outro lado, para o pilar B-, uma solução usada atualmente é usar dois tipos de aços - resistência ultra alta (-1500 MPa) 22MnB5 para a parte superior, e um aço de resistên- cia mais baixa (500 MPa) para a parte inferior. Os dois espaços de aço em branco são unidos por soldagem a laser, antes de estampar a quente, e depois o espaço em branco híbrido é estampado no pilar B-. Usando esta solução, durante a colisão, a parte superior resiste a in- trusão, enquanto a parte inferior absorve energia, devido a sua alta maleabilidade. A presente invenção oferece melhor desempenho, e economia de peso potencial: o aço de resistência mais alta inventado pode substituir o aço de resistência mais baixa da peça inferior, com uma capacidade de absorção de energia maior.

[0015] Preferivelmente, a folha ou espaço em branco da tira de aço, para produzir peças formadas a quente como descrito acima, tem a seguinte composição em % em peso: C: 0,05 - 0,17, preferivelmente 0,07 — 0,15, e/ou Mn: 1,0 - 2,1, preferivelmente 1,2 - 1,8, e/ou Cr: 0,5 - 1,7, preferivelmente 0,8 - 1,5, e/ou

Ti: 0,015 - 0,07, preferivelmente 0,025 - 0,05, e/ou Nb: 0,02 - 0,08, preferivelmente 0,03 - 0,07, e/ou B: 0,0005 - 0,004, preferivelmente 0,001 - 0,003, e/ou N: 0,001 - 0,008, preferivelmente 0,002 - 0,005 e opcionalmente um ou mais dos elementos selecionados de: Si: < 0,1, preferivelmente < 0,05, Mo: < 0,1, preferivelmente < 0,05, Al: < 0,1, preferivelmente < 0,05, Cu: < 0,1, preferivelmente < 0,05, P: : < 0,03, preferivelmente < 0,015 S: < 0,025, preferivelmente < 0,01 o restante sendo ferro e impurezas inevitáveis.

[0016] Carbono é adicionado para a boa segurança das proprie- dades mecânicas. C é adicionado em uma quantidade de 0,03 % em peso ou mais, para alcançar alta resistência e aumentar a capacidade de dureza do aço. Quando muito carbono é adicionado, existe a possi- bilidade do enrijecimento e da capacidade de soldagem da folha de aço se deteriorar. A quantidade de C usada de acordo com a invenção é dessa maneira na faixa a partir de 0,03 — 0,17 % em peso, preferi- velmente na faixa a partir de 0,05 — 0,17 % em peso, e mais preferi- velmente na faixa a partir de 0,07 — 0,15 % em peso.

[0017] Manganês é usado porque promove a capacidade de endu- recimento, e dá o fortalecimento da solução sólida. O teor de Mn é pe- lo menos 0,65 % em peso, para fornecer resistência de solução sólida de substituição adequada, e capacidade de endurecimento de extinção adequada, enquanto minimiza a separação de Mn durante a fundição, e enquanto mantem o equivalente de carbono suficientemente baixo, para técnicas de soldagem no ponto da resistência automotiva. Além disso, Mn é um elemento que é útil na diminuição da temperatura de Ac3. Um teor de Mn mais alto é vantajoso na diminuição da temperatu-

ra necessária para a formação de pressão quente. Quando o teor de Mn excede 2,5 % em peso, a folha de aço pode sofrer pouca solda- gem e baixas características de rolamento quente e frio, que afetam a capacidade de processamento do aço. A quantidade de Mn usada de acordo com a invenção é na faixa a partir de 0,65 - 2,5 % em peso, preferivelmente na faixa a partir de 1,0 — 2,1 % em peso, e mais prefe- rivelmente na faixa a partir de 1,2 — 1,8 % em peso.

[0018] Cromo melhora a capacidade de endurecimento do aço, e facilita evitando a formação de ferrita e/ou perlita, durante a extinção da pressão. A este respeito é observado que a presença de ferrita e/ou perlita na microestrutura, é prejudicial para as propriedades mecâni- cas, para a microestrutura alvejada nesta invenção. A quantidade de Cr usada na invenção é na faixa de 0,2 — 2,0 % em peso, preferivel- mente na faixa de 0,5 — 1,7 % em peso, mais preferivelmente na faixa de 0,8 - 1,5 % em peso.

[0019] Preferivelmente, manganês e cromo são usados em uma tal quantidade que Mn + Cr < 2,7, preferivelmente Mn + Cr é na faixa de 0,5 — 2,5, e mais preferivelmente Mn + Cr é na faixa de 2,0 — 2,5.

[0020] Titânio é adicionado para formar o precipitado de TiN, a fim de limpar N em temperaturas altas, enquanto o aço fundido esfria. A formação de TiN proíbe a formação de BsN4 em temperaturas baixas de modo que B, que é também um elemento essencial para esta in- venção, se torna mais eficaz. Estequiometricamente, a proporção da adição de Ti para N (Ti/N) deverá ser > 3,42. De acordo com a inven- ção, a quantidade de titânio é na faixa de 0,01 — 0,1 % em peso, prefe- rivelmente na faixa de 0,015 — 0,07 % em peso, e mais preferivelmente na faixa de 0,025 — 0,05 % em peso.

[0021] Nióbio tem um efeito de formação de precipitados de forta- lecimento, e refinação da microestrutura. Nb aumenta a resistência por meio de refinamento de grão e endurecimento da precipitação. O refi-

namento de grão resulta em uma microestrutura mais homogênea, melhorando o comportamento da formação de calor, em particular quando tensões altas localizadas estão sendo introduzidas. Uma mi- croestrutura fina, homogênea, também melhora a atuação da curvatu- ra. A quantidade de Nb usada na invenção é na faixa de 0,01 — 0,1 % em peso, preferivelmente na faixa de 0,02 - 0,08 % em peso, e mais preferivelmente na faixa de 0,03 — 0,07 % em peso.

[0022] Boro é um elemento importante para aumentar a capacida- de de endurecimento das folhas de aço, e ainda para aumentar o efei- to de resistência da garantia estavelmente depois da extinção. De acordo com a invenção, B está presente em uma quantidade na faixa de 0,0005 — 0,005 % em peso, preferivelmente na faixa de 0,0005 — 0,004 % em peso, mais preferivelmente na faixa de 0,001 — 0,003 % em peso.

[0023] Nitrogênio tem um efeito similar a C. N é apropriadamente combinado com titânio para formar precipitados de TiN. A quantidade de N, de acordo com a invenção, é no máximo 0,01 % em peso. Prefe- rivelmente a quantidade de N é na faixa de 0,001 — 0,008 % em peso. Apropriadamente, N está presente em uma quantidade na faixa de 0,002 — 0,005 % em peso.

[0024] De acordo com a presente invenção Mn, Cr e B são usados em tais quantidades que (B X 1000)/(Mn + Cr) é na faixa de 0,185 — 2,5, preferivelmente na faixa de 0,2 - 2,0, e mais preferivelmente na faixa de 0,5 — 1,5. A proporção de (B x1000)/(Mn + Cr), quando aplica- do de acordo com a presente invenção, estabelece uma dureza ade- quada do aço.

[0025] As quantidades de Si, Mo, Al, Cu, P, S, O, V, Ni e Ca, se presentes, devem ser todas abaixo.

[0026] Silicone é também adicionado para promover endurecimen- to, e fortalecimento adequado da solução sólida substitucional. A quantidade de Si usada na invenção é no máximo 0,1 % em peso, pre- ferivelmente no máximo 0,5 % em peso.

[0027] Alumínio é adicionado para desoxigenar o aço. A quantida- de de Al é no máximo 0,1 % em peso, preferivelmente no máximo 0,05 % em peso.

[0028] Molibdênio é adicionado para melhorar o endurecimento do aço, e facilitar a formação de bainita. A quantidade de Mo usada, de acordo com a invenção, é no máximo 0,1 % em peso, preferivelmente no máximo 0,05 % em peso.

[0029] Cobre é adicionado para melhorar a dureza e aumentar a resistência do aço. Se presente, Cu é usado, de acordo com a inven- ção, em uma quantidade de no máximo 0,1 % em peso, preferivelmen- te no máximo 0,05 % em peso.

[0030] P é conhecido para ampliar a faixa de temperatura intercrí- tica de um aço. P é também um elemento útil para manter a austenita desejada retida. Entretanto, P pode deteriorar a capacidade de traba- lho do aço. De acordo com a invenção, P deve estar presente em uma quantidade de no máximo 0,03 % em peso, preferivelmente no máxi- mo 0,015 % em peso.

[0031] A quantidade de enxofre necessita ser minimizada para re- duzir inclusões não metálicas prejudiciais. S forma um sulfeto baseado em inclusões tais como MnS, que inicia a rachadura e deteriora a pro- cessabilidade. Desta maneira, é desejável reduzir a quantidade de S tanto quanto possível. De acordo com a presente invenção, a quanti- dade de S é no máximo 0,025 % em peso, preferivelmente uma quan- tidade de no máximo 0,01 % em peso.

[0032] Produtos de aço necessitam ser desoxigenados, porque o oxigênio reduz várias propriedades, tais como resistência à tração, maleabilidade, enrijecimento e/ou soldabilidade. Por isso, a presença de oxigênio deve ser evitada. De acordo com a presente invenção, a quantidade de O é, no máximo 0,01 % em peso, preferivelmente no máximo 0,005 % em peso.

[0033] Vanádio pode ser adicionado para formar precipitados de V(C, N), a fim de fortalecer o produto de aço. A quantidade de vanádio, se alguma, é no máximo 0,15 % em peso, preferivelmente no máximo 0,05 % em peso.

[0034] Níquel pode ser adicionado em uma quantidade de no má- ximo 0,15 % em peso. Ni pode ser adicionado para aumentar a resis- tência e enrijecimento do aço.

[0035] Cálcio pode estar presente em uma quantidade de até 0,05 % em peso, preferivelmente até 0,01 % em peso. Ca é adicionado pa- ra esferoidizar o enxofre contendo inclusões e para minimizar a quan- tidade de inclusões alongadas. Entretanto, a presença de inclusões de CasS vão ainda levar à inomogeneidades na matriz; desse modo é me- lhor reduzir a quantidade de S.

[0036] De acordo com uma modalidade preferida, 1000*B dividido pela soma de Mn e Cr tem que ser entre 0,185 e 2,5, preferivelmente entre 0,5 e 1,5. Esta limitação melhora a temperabilidade do aço.

[0037] Preferivelmente, a tira de aço, folha ou espaço em branco, é fornecida com um revestimento baseado em zinco, um revestimento baseado em alumínio, ou um revestimento baseado em orgânico. Tais revestimentos reduzem a oxidação e/ou a descarbonização, durante um processo de formação a quente.

[0038] É preferível, quando o revestimento baseado em zinco é um revestimento contendo 0,2 — 5,0 % em peso de Al, 0,2 — 5,0 % em peso de Mg, opcionalmente no máximo 0,3 % em peso de um ou mais dos elementos adicionais, o equilíbrio sendo zinco e impurezas inevi- táveis. Os elementos adicionais podem ser selecionados do grupo compreendendo Pb ou Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr ou Bi. Pb, Sn, Bi e Sb são comumente adicionados para formar lantejoulas.

[0039] Preferivelmente, a quantidade total de elementos adicionais na liga de zinco, é no máximo 0,3 % em peso. Essas pequenas quan- tidades de um elemento adicional não alteram as propriedades do re- vestimento, nem o banho para qualquer extensão significativa para as aplicações usuais.

[0040] Quando um ou mais elementos adicionais estão presentes em um revestimento da liga de zinco, cada um está preferivelmente presente em uma quantidade de no máximo 0,03 % em peso, preferi- velmente cada um está presente em uma quantidade de no máximo 0,01 % em peso. Elementos adicionais são comumente adicionados somente para evitar a formação de resíduo no banho, com liga de zin- co fundida para a galvanização por imersão a quente, ou para formar lantejoulas na camada de revestimento.

[0041] A peça formada a quente, produzida de uma tira de aço, folha ou espaço em branco, de acordo com a presente invenção, tem uma microestrutura compreendendo no máximo 60% de bainita, o res- tante sendo martensita. Preferivelmente, a microestrutura compreende no máximo 50 % em vol. de bainita, o restante sendo martensita. Mais preferivelmente, a microestrutura compreende no máximo 40 % em vol. de bainita, o restante sendo martensita. A martensita fornece uma resistência alta, enquanto a bainita mais macia melhora a maleabilida- de. A pequena diferença de resistência entre martensita e bainita, aju- da a manter uma flexibilidade alta, devido à falta de interfaces de fase fraca.

[0042] A peça formada a quente, de acordo com a presente inven- ção, exibe excelentes propriedades mecânicas. A peça tem uma resis- tência à tração (T8) de pelo menos 750 MPa, preferivelmente de pelo menos 800 MPa, mais preferivelmente de pelo menos 900 MPa, e ain- da tem uma resistência à tração de no máximo 1400 MPa.

[0043] A peça apropriadamente tem um alongamento total (TE) de pelo menos 5%, preferivelmente 5,5%, mais preferivelmente pelo me- nos 6% e muito preferivelmente pelo menos 7%, e/ou um ângulo de curvatura (BA) em 1,0 mm espessura de pelo menos 100º, preferivel- mente pelo menos 115º, mais preferivelmente pelo menos 130º e mui- to preferivelmente pelo menos 140º.

[0044] Será claro que os produtos de aço, de acordo com a pre- sente invenção, exibem excelente absorção de energia de impacto.

[0045] A presente invenção também se refere ao uso de peças formadas a quente, como descrito acima, como peça estrutural no cor- po em branco de um veículo. Tais peças são feitas da presente tira de aço, folha ou espaço em branco. Essas peças têm uma resistência al- ta, maleabilidade alta e flexibilidade alta. Em particular, peças na forma de peças estruturais de veículos são muito atraentes, uma vez que elas exibem excelente absorção da energia de impacto e por sua vez, oportunidades de aferição para baixo e de peso leve, baseadas na ca- pacidade de impacto (colisão), em comparação ao uso de aços de bo- ro convencionais formados a quente, e aços de múltiplas fases forma- dos a frio.

[0046] A presente invenção também se refere a um método para produzir uma peça, de acordo com a presente invenção.

[0047] Por conseguinte, a presente invenção também se refere a um método para formar a quente um espaço em branco de aço, ou uma peça pré-formada, em uma peça compreendendo as etapas de: aquecer o espaço em branco, ou uma peça pré-formada a partir do espaço em branco, como descrito acima, a partir de uma temperatura T1, e mantendo o espaço em branco aquecido em T1, durante um período de tempo t1, em que T1 é mais alto do que a tem- peratura de Ac3 do aço, e em que t1 é no máximo 10 minutos; transferir o espaço em branco aquecido, ou a peça pré- formada, para uma ferramenta de formação a quente, durante um tempo de transporte t2, durante o qual a temperatura do espaço em branco aquecido ou peça pré-formado, diminui da temperatura T1 para uma temperatura T2, em que T2 é acima de Ar3, e em que o tempo de transporte t2 é no máximo 20 segundos; formar a quente o espaço em branco aquecido, ou peça pré-formada em um artigo aquecido; e refrigerar a peça na ferramenta de formação a quente, para uma temperatura abaixo da temperatura Mf do aço, com uma taxa de refrigeração (V3) de pelo menos 30ºC/s.

[0048] De acordo com o presente método, foi descoberto que atra- vés da formação, o espaço em branco aquecido em uma peça como descrito acima, peças formadas complexas com propriedades mecâni- cas intensificadas podem ser obtidas. Em particular, as peças exibem excelente absorção da energia de impacto e, desse modo, possibilitam oportunidades de aferição para baixo e peso leve, com base na capa- cidade de impacto, em comparação ao uso de aços de boro formados a quente convencionais, e aço de múltiplas fases formados a frio.

[0049] Depois da refrigeração da peça para uma temperatura abaixo da temperatura de Mf, a peça pode, por exemplo, ser ainda re- frigerada para a temperatura ambiente no ar, ou pode ser à força refri- gerada para a temperatura ambiente.

[0050] No método de acordo com a presente invenção, o espaço em branco a ser aquecido na etapa (a), é fornecido como um interme- diário para as etapas subsequentes. A tira de aço ou folha, a partir da qual o espaço em branco é produzido, pode ser obtida através dos processos de fundição padrão. Em uma modalidade preferida, a tira de aço ou folha é laminada a frio. A tira de aço ou folha pode apropriada- mente ser cortada para um espaço em branco de aço. Uma peça de aço pré-formada pode também ser usada. A peça pré-formada pode ser parcialmente ou inteiramente formada na geometria desejada, pre-

ferivelmente a temperatura ambiente.

[0051] O espaço em branco de aço é aquecido na etapa (a) para uma temperatura T1, por um período de tempo t1. Preferivelmente, na etapa (a) a temperatura T1 é 50-100ºC mais alta do que a temperatura AO3 do aço, e/ou a temperatura T2 é acima da temperatura Ar3. Quando T1 é 50 - 100ºC acima da temperatura AO3, o aço é totalmen- te ou quase totalmente austenitizado, dentro do período de tempo t1, e a refrigeração durante a etapa (b) é facilmente possível. Quando a mi- croestrutura é uma microestrutura austenítica homogênea a formabili- dade é intensificada.

[0052] Preferivelmente, o período de tempo t1 é pelo menos 1 mi- nuto, e no máximo 7 minutos. Um período de tempo t1 muito longo po- de resultar em grãos austeníticos grosseiros, que irão deteriorar as propriedades mecânicas finais.

[0053] O aparelho de aquecimento a ser usado na etapa (a) pode, por exemplo, ser uma fornalha potencializada elétrica ou a gás, dispo- sitivo de aquecimento de energia elétrica, dispositivo de aquecimento por indução infravermelha.

[0054] Na etapa (b), o espaço em branco de aço aquecido, ou pe- ça pré-formada, é transferido para uma ferramenta de formação a quente, durante um tempo de transporte t2, durante o qual a tempera- tura do espaço em branco aquecido, ou a peça pré-formada, diminui da temperatura T1 para uma temperatura T2, em que o tempo de transporte t2 é no máximo 20 segundos. O tempo t2 é o tempo neces- sário para transportar o espaço em branco aquecido, do aparelho de aquecimento para a ferramenta de formação de calor (por exemplo, pressão), e até o aparelho de formação de calor ser fechado. Durante a transferência do espaço em branco, ou peça pré-formada, pode re- frigerar da temperatura T1 para a temperatura T2, pela atuação da re- frigeração de ar natural e/ou qualquer outro método de refrigeração disponível. O espaço em branco aquecido, ou peça pré-formada, pode ser transferido do aparelho de aquecimento para a ferramenta de for- mação, através de um sistema robótico automatizado, ou qualquer ou- tro método de transferência. O tempo t2 pode também ser escolhido em combinação com T1, t1 e T2, a fim de controlar a evolução micro- estrutural do aço, no começo da formação e extinção. Apropriadamen- te, t2 é igual ou menos do que 12 segundos, preferivelmente t2 é igual ou menos do que 10 s, mais preferivelmente t2 é igual ou menos do que 88, e muito preferivelmente, igual ou menos do que 63. Na etapa (b), o espaço em branco ou peça pré-formada pode ser refrigerado a partir da temperatura T1, para uma temperatura a uma proporção de refrigeração V2 de pelo menos 10ºC/s. V2 é preferivelmente na faixa de 10 - 15ºC/s. Quando o espaço em branco ou peça pré-formada de- ve ser pré-refrigerada, a proporção de refrigeração deve ser maior, por exemplo, pelo menos 20ºC/s, até 50ºC/s ou mais.

[0055] Na etapa (c) uma etapa em branco aquecida, ou peça pré- formada, é formada em uma peça que tem a geometria desejada. À peça formada é preferivelmente uma peça estrutural de um veículo.

[0056] Na etapa (d) a peça formada na ferramenta de forma- ção a quente, é refrigerada para uma temperatura abaixo da tempera- tura Mf do aço, com uma proporção de refrigeração V3 de pelo menos 30ºC/s. Preferivelmente, a proporção de refrigeração V3 na etapa (d) é na faixa de 30 - 150ºC/s, mais preferivelmente na faixa de 30 - 100ºC/s.

[0057] A presente invenção fornece um método melhorado de in- trodução durante a operação de formação a quente, a fase bainítica desejada na microestrutura de aço. O presente método possibilita a produção de peças de aço formadas a quente, exibindo uma excelente combinação de alta resistência, alta maleabilidade e alta flexibilidade.

[0058] Uma ou mais etapas do método, de acordo com a presente invenção, podem ser conduzidas em uma atmosfera inerte controlada de hidrogênio, nitrogênio, argônio ou qualquer outro gás inerte, a fim de evitar oxidação e/ou descarburização do dito aço.

[0059] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma modalidade do método, de acordo com a invenção.

[0060] A Figura 2 mostra um corte transversal através de uma tor- re de diminuição para testes de impacto axial.

[0061] Na Figura 1, o eixo horizontal representa o tempo t, e o eixo vertical representa a temperatura T. O tempo t e a temperatura T são indicados diagramaticamente na Figura 1. Nenhum valor pode ser de- rivado da Figura 1.

[0062] Na Figura 1, um espaço em branco de aço, ou peça pré- formada é (re)aquecido até a temperatura de austenização acima de Ac1, em uma taxa de reaquecimento particular. Uma vez que AO01 se excedeu, a taxa de (re)aquecimento é diminuída até que o espaço em branco ou a peça pré-formada tenha alcançado uma temperatura mais alta do que AO3. Então, a tira, folha ou espaço em branco é mantido nesta temperatura particular por um período de tempo. Subsequente- mente, o espaço em branco aquecido é transferido da fornalha para a ferramenta de formação a quente, durante o qual a refrigeração por ar do espaço em branco pode ocorrer até certo ponto. O espaço em branco ou peça pré-formada, é depois formada a quente, em uma pe- ça de refrigerada para baixo (ou extinta), em uma taxa de refrigeração de pelo menos 30ºC/s. Depois de atingir uma temperatura abaixo da temperatura Mf do aço, a ferramenta de formação a quente é aberta e o artigo formado é refrigerado para abaixo da temperatura ambiente.

[0063] As diferentes temperaturas, como usadas ao longo de todo o pedido de patente, estão explicadas abaixo.

- AC1: Temperatura em que, durante o aquecimento, aus- tenita começa a se formar.

- AC3: Temperatura em que, durante o aquecimento, a transformação de ferrito em austenita termina.

- Ar3: A temperatura em que a transformação de austenita para ferrita começa durante a refrigeração.

- Ms: Temperatura em que, durante a refrigeração, a trans- formação de austenita em martensita começa.

- Mf: Temperatura em que, durante a refrigeração, a trans- formação de austenita em martensita termina.

[0064] A invenção será elucidada por meio dos Exemplos não limi- tantes a seguir. Exemplos Composição de aço A (de acordo com a invenção)

[0065] Espaços em branco de aço com dimensões de 220 mm x 110 mm x 1,5 mm, foram preparados de uma folha de aço laminada a frio, tendo uma composição como mostrado na Tabela 1. Esses espa- ços em branco de aço foram submetidos a ciclos térmicos de formação de calor, em um simulador de recozimento por imersão a quente (HDAS), e um compressor SMG. O HDAS foi usado para taxas de re- frigeração mais lentas (30-80ºC/s), ao passo que o compressor SMG foi usado para taxas de refrigeração mais rápidas (200ºC/s). Os espa- ços em branco de aço foram reaquecidos para um T1 de respectiva- mente 900ºC (36ºC acima de AO3) e 940ºC (76ºC acima de AO03), em- bebido por 5 min. na atmosfera de nitrogênio, a fim de minimizar a de- gradação da superfície. Os espaços em branco foram depois submeti- dos à refrigeração de transferência, através de uma queda de tempe- ratura de 120ºC em 10s, depois a uma taxa de refrigeração V2 de em torno de 12ºC/s, e depois submetidos à refrigeração para 160ºC, nas seguintes taxas de refrigeração V3: 30, 40, 50, 60, 80, 200ºC/s. A par- tir das amostras tratadas por calor, espécies de tração longitudinal, com comprimento de aferição de 50 mm, e 12,5 mm de largura (geo-

metria de espécime A50), foram preparados e testados com taxa de tensão quase estática. Microestruturas foram caracterizadas a partir de planos RD-ND. Espécies de curvatura (40 mm x 30 mm x 1,5 mm) de direções paralelas e transversas para rolantes, foram preparadas a partir de cada uma das condições, e testadas até fraturar pelo teste de curvatura de três pontos, como descrito no padrão VDA 238-100. As amostras com eixo de curvatura paralelo à direção de rolamento, fo- ram identificadas como espécies de curvatura longitudinal (L), ao pas- so que aqueles com eixo de curvatura perpendicular à direção de ro- lamento, foram denotados como espécies de curvatura perpendicular (T). Os ângulos de curvatura medidos em espessura de 1,5 mm, foram também convertidos em ângulos para 1 mm de espessura (= ângulo de curvatura original x raiz quadrada de espessura original). Para cada tipo de teste, três medições foram feitas, e os valores médios desses três testes são apresentados para cada condição.

[0066] Para condições selecionadas (amostras do compressor SMG com reaquecimento a 940ºC), enrijecimento de fratura J-integral e testes de impacto axial de torre de diminuição foram conduzidos. Espécies de tensão compacta, de acordo com o padrão NFMT76J, fo- ram preparados a partir de ambas as direções, longitudinal e transver- sal, para testes de enrijecimento de fratura. Para a espécie transver- sal, a rachadura corre ao longo da direção de rolamento, e a carga é transversal à direção de rolamento, enquanto o oposto se aplica para espécies longitudinais. As espécies foram testadas de acordo com o padrão de ASTM E1820-09 a temperatura ambiente. As pré-racha- duras foram introduzidas pela carga de fadiga. Os testes finais foram feitos com carga de tensão, com placas antidobra, para manter a ten- são no plano para o material de folha. Três testes para cada condição foram feitos e seguindo as orientações no padrão BS7910, os valores mínimos de três equivalentes (valores de MOTE) para diferentes pa-

râmetros de enrijecimento de fratura são apresentados.

[0067] Uma breve descrição dos parâmetros de enrijecimento da fratura é dada abaixo. CTOD é o Deslocamento de Abertura da Ponta da Rachadura, e é uma medida do quanto a rachadura abre em qual- quer falha (se frágil) ou carga máxima. J é o J-integral e é a medida de enrijecimento que leva em conta a energia, deste modo ele é calculado a partir da área sob a curva até a falha ou carga máxima. KJ é o fator de intensidade de tensão, determinado a partir de J integral usando uma expressão estabelecida, dada como KJ= [J(E/(1-v2))]*-5 em que E é o módulo de Young (= 207 GPa) e v é a proporção de Poisson (= 0,03). Kq é o valor do fator da intensidade de tensão, medido na carga Pq, em que Pq é determinado tirando a inclinação elástica da linha de carregamento, depois tirando uma linha com 5% menos inclinação, e definindo Pq como a carga em que esta linha reta cruza a linha de car- regamento.

[0068] Testes de impacto axial da torre de diminuição (queda) fo- ram feitos na condição SMG-pressionado, com uma carga de 200 kg e uma velocidade de carregamento de 50 km/hora, a fim da carga atingir as caixas de impacto, que têm uma geometria de cartola de topo fe- chada (Figura 2) com 500 mm de altura (transversal à direção de ro- lamento). As dimensões do corte transversal da torre de diminuição são dadas na figura 2 em milímetros (t = 1,5 mm, RO = 3 mm). As cha- pas pretas de 100 mm de largura foram soldadas por pontos, para os perfis prepararem as caixas de impacto.

[0069] Para algumas condições selecionadas, um ciclo térmico de secar pintura foi também dado para as amostras, e os testes foram feitos como será refletido a partir dos resultados diretamente. Composições de Aço B e C (não de acordo com a invenção)

[0070] Por motivos de comparação um CR590Y980T-DP formado a frio comercialmente disponível (composição de aço B e comumente conhecida como aço DP1000), foi também testado uma vez que ele tem um nível de resistência similar como o espaço em branco de aço, de acordo com a invenção. Em adição e também por motivos compa- rativos, um produto de aço 22MnB5 formado a quente padrão (compo- sição de aço C) foi testado.

[0071] Na Tabela 1, as composições químicas em % em peso das composições de aço A-C são especificadas.

[0072] Na Tabela 2, as temperaturas de transformação da compo- sição de aço A são mostradas.

[0073] Os resultados dos vários testes são apresentados nas Ta- belas 3 a 8.

[0074] Na Tabela 3, a resistência de rendimento (YS), resistência a tração final (UTS), alongamento uniforme (UE), e alongamento total (TE), são mostrados para a composição de aço A, depois de uma vari- edade de taxas de refrigeração V3. Em adição, a Tabela 3 mostra a microestrutura em termos de martensita (M) e bainita (B). Ficará claro a partir da Tabela 3 que uma resistência à tração final de mais do que 800 Mpa, foi realizada em diferentes taxas de refrigeração V3.

[0075] Na Tabela 4, os ângulos de curvatura (BA) em 1,0 mm de espessura, são mostrados para a composição de aço A, quando obtida depois de diferentes taxas de refrigeração V3. Está claro a partir da Tabela 4 que ângulos de curvatura altos, de mais do que pelo menos 130º, foram através de ambas as orientações, longitudinal (L) e trans- versal (T).

[0076] Na Tabela 5, as várias propriedades mecânicas foram mos- tradas para a composição de aço A, depois da dita composição ter si- do submetida a um tratamento horforming e de estufa, simulando um tratamento de estufa usado durante a fabricação de automóvel. À composição de aço A foi aquecida para 900ºC, embebida por 5 min. e depois refrigerada em um V3 de 200ºC/s, seguindo a refrigeração de transferência. O tratamento de estufa foi realizado a 180ºC por 20 mi- nutos. A partir da Tabela 5, ficará claro que aproximadamente os mesmos níveis mínimos de resistência de rendimento YS), resistência à tração final (UTS), alongamento final (UE), alongamento total (TE) e ângulos de curvatura (BA), são também realizados depois da compo- sição de aço A ter sido submetida ao tratamento de estufa. Isto signifi- ca que uma fabricação de automóvel depois da pintura de estufa, as propriedades reivindicadas serão garantidas em condições de serviço.

[0077] Na Tabela 6, as várias propriedades mecânicas das com- posições de aço B (DP1000) e C (22MnB5) são mostradas. Essas composições de aço B e C foram testadas sob as mesmas condições de teste, como a composição de aço A. Quando os teores das Tabelas 4 e 6 são comparados, se torna imediatamente evidente que a peça de aço, de acordo com a presente invenção (composição de aço A), cons- titui um principal melhoramento em termos de flexibilidade, quando comparado com produtos de aço formados a frio convencionais DP1000 (composição de aço B), e o produto de aço formado a quente convencional 22MnB5 (composição de aço C).

[0078] A partir da Tabela 7, está também claro que os parâmetros de enrijecimento de fratura da peça de aço, de acordo com a presente invenção (composição de aço A), é também maior do que aquele de espaços em branco feitos de DP1000 (composição de aço B).

[0079] Na Tabela 8, a atuação do impacto das composições de aço A e B é mostrada. A partir da Tabela 8 está claro que a atuação do impacto da composição de aço A é melhor do que aquela de DP1000 (composição de aço B), em ambas, prensada a quente como também prensada a quente e em condições de estufa. As condições de estufa são as mesmas como descrito aqui acima. As caixas de impacto da composição de aço A não mostraram qualquer indicação de rachadu- ras depois dos testes, ao passo que as caixas de impacto da DP1000

(composição de aço B) mostraram rachaduras graves nas dobras. Além do mais, a composição de aço A mostra uma capacidade de ab- sorção de energia mais alta.

[0080] A atuação do impacto alta e melhorada formou a composi- ção de aço A, de acordo com a presente invenção, quando comparada aos produtos de aço convencionais de resistência similar, devido ao ângulo de curvatura maior e maiores propriedades de enrijecimento da fratura. A esse respeito é observado que, durante um impacto, o com- ponente de aço necessita dobrar, o que é determinado por sua flexibi- lidade, ao passo que, por outro lado, a capacidade de absorção de energia, antes da falha, é determinada através dos parâmetros de enri- jecimento da fratura.

[0081] Em vista do acima, será claro para a pessoa versada na técnica que os produtos de aço, de acordo com a presente invenção, constituem uma melhoria considerável sobre produtos de aço forma- dos a frio e formados a quente convencionalmente conhecidos. Tabela 1: química (% em peso) pe e [mw Ss mw es o nn asse | Tabela 2: Composição de aço A de temperaturas de transformação Ac1 (ºC) Acs (ºC) Ms (ºC) Mr (ºC) Tabela 3: Propriedades mecânicas e microestruturas para a composi- ção de aço A T1(ºC) | Va(ºC/s) | YS(MPa) | UTS (MPa) | UE(%) | TE(%) | Microestrutura (% em vol.) [80 | so 7 | es | 32 | 62 | 7a

T1(ºC) | V3(ºC/s) | YS(MPa) | UTS (MPa) | UE(%) | TE(%) | Microestrutura (% em vol.) [so | 200 | 862 | os voou Tabela 4: Ângulos de curvatura para a composição de aço À TI(C) |V3rCs)] BA(1,5mm) BA (1,5mm) BA (tmm) BA (tmm) Lo Amostra L (º) Amostra T (º) Amostra L (º) | Amostra T (º) | so | 40 | 1235 123,5 151,2 151,2 | so [| so | 1262 126,4 154,5 154,8 120,7 122,4 147,8 149,9 CNC 1565 | 1481 121,2 125,9 148,5 154,2 | 40 | 6 | 1226 120,5 150,2 147,6 | 40 [| 8 | 1186 132,5 145,3 162,3 122,1 117,9 149,5 144,4 Tabela 5: Propriedades mecânicas da composição de aço A depois da estufa Ys UTS | UE | TE BA BA BA (tmm) || BA (tmm) (MPa) | (MPa) | (%) | (%) | (1,5mm) | (1,5mm) AmostraL | Amostra T | Amostra L | Amostra T (º) o) [4] [4] Tabela 6: Propriedades mecânicas das composições de aço B (DP1000) e C (22MnB5) Aço YS | UTS | UE] TE BA BA BA BA (MPa) | (MPa) | (%) | (%) | (1,5mMm) | (1,5mm) | (1mm) | (imm) Amostra L | Amostra T | Amostra | Amostra O) O) LO) TO)

Tabela 7: Resistência da fratura para composições de aço A e B (DP1000) Aço Orientação | CTOD | J (J/Imm?) KJ Ko (mm) (MPa .mº5) | (MPa .mº”) Composição À 0367 | 068 | a o f ) Composição À 0134 DPT000 0130 [0281 | 229 f[ & DP1OOO 0,146 Tabela 8: Resultados do teste de impacto para as composições de aço A e B (DP1000) Aço Condição Força média a| Observação visual 1,5 mm (NM) Composição de | aquecida e prensada | 107 Boa dobra: sem aço À rachadura Composição de | aquecida e prensada Boa dobra: sem aço À e cozida rachadura DP 1000 como anelada 82 rachadura — grave nas dobras

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Tira de aço, folha ou espaço em branco para produzir peças formadas a quente, caracterizada pelo fato de que tem as se- guintes composições em % em peso: C: 0,03 — 0,17, Mn: 0,65 — 2,50, Cr: 0,2-2,0, Ti: 0,01 - 0,10, Nb: 0,01 — 0,10, B : 0,0005 — 0,005, N: < 0,01, em que Ti/N > 3,42, e opcionalmente um ou mais dos elementos selecionados de: Si: <0,1, Mo: < 0,1, Al: $ 0,1, Cu: $ 0,1, P: : < 0,03, S: € 0,025, O: 0,01, V: 0,15, Ni: < 0,15 Ca: € 0,05 o restante sendo ferro e impurezas inevitáveis.

2. Tira de aço, folha ou o espaço em branco de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: C: 0,05 - 0,17, preferivelmente 0,07 - 0,15, e/ou Mn: 1,00 - 2,10, preferivelmente 1,20 - 1,80, e/ou Cr: 0,5 - 1,7, preferivelmente 0,8 - 1,5, e/ou Ti: 0,015 - 0,07, preferivelmente 0,025 - 0,05, e/ou

Nb: 0,02 - 0,08, preferivelmente 0,03 - 0,07, e/ou B: 0,0005 - 0,004, preferivelmente 0,001 - 0,003, e/ou N: 0,001 - 0,008, preferivelmente 0,002 - 0,005 Ca: < 0,01.

3. Tira de aço, folha ou espaço em branco, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a soma das quantidades de Mn e Cr é menos do que 2,7, preferivelmente entre 0,5 e 2,5 e mais preferivelmente entre 2,0 e 2,5.

4. Tira de aço, folha ou espaço em branco, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que Mn, Cre B são usadas em tais quantidades que (B x 1000)/(Mn + Cr) é na faixa de 0,185 — 2,5, preferivelmente na faixa de 0,2 — 2,0, e mais preferi- velmente na faixa de 0,5 - 1,5.

5. Tira de aço, folha ou espaço em branco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 4, caracterizada pelo fato de que é fornecida com um revestimento baseado em zinco, ou um revesti- mento baseado em alumínio ou um revestimento baseado em orgâni- Co.

6. Tira de aço, folha ou espaço em branco, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o revestimento base- ado em zinco é um revestimento contendo 0,2 — 5,0 % em peso de Al, 0,2 — 5,0 % em peso de Mg, opcionalmente no máximo 0,3 % em peso de um ou mais elementos adicionais, o equilíbrio sendo zinco e impu- rezas inevitáveis.

7. Peça formada a quente produzida a partir de uma tira de aço, folha ou espaço em branco, como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a peça tem uma resistência à tração de pelo menos 750 MPa, preferivelmente pe- lo menos 800 MPa, mais preferivelmente pelo menos 900 MPa, e ain- da tendo uma resistência a tração de no máximo 1400 MPa.

8. Peça formada a quente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que tem um alongamento total (TE) de pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 5,5%, mais preferivel- mente pelo menos 6% e muito preferivelmente pelo menos 7%, e/ou um ângulo de curvatura (BA) uma espessura 1,0 mm de pelo menos 100º, preferivelmente pelo menos 115º, mais preferivelmente pelo me- nos 130 * e muito preferivelmente pelo menos 140º.

9. Peça formada a quente, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que a peça tem uma microestrutura compreendendo no máximo 60% de bainita, o restante sendo marten- sita, a microestrutura preferivelmente compreendendo no máximo 50% de bainita, mais preferivelmente a microestrutura compreendendo no máximo 40% de bainita.

10. Uso de uma peça formada a quente, como definida em reivindicação 7, 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que a peça estrutu- ral no corpo em branco de um veículo.

11. Método para a formar a quente um espaço em branco de aço ou uma peça pré-formada em uma peça, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. aquecer o espaço em branco, ou uma peça pré-formada produzida a partir do espaço em branco, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, para uma temperatura T1, e mantendo o espaço em branco aquecido a T1 durante um período de tempo t1, em que T1 é uma temperatura maior do que Ac3 do aço, e em que t1 é no máximo 10 minutos; b. transferir o espaço em branco aquecido, ou a peça pré- formada, para uma ferramenta aquecida durante um tempo de trans- porte t2, durante o qual a temperatura do espaço em branco aquecido ou da peça pré-formada, diminui da temperatura T1 para uma tempe- ratura T2, em que o tempo de transporte t2 é no máximo 20 segundos;

c. formação a quente do espaço em branco aquecido, ou peça pré-formada em uma peça; e d. refrigerando a peça na ferramenta de formação a quente para uma temperatura abaixo da temperatura Mf do dito aço, com uma proporção de refrigeração de pelo menos 30 ºC/s.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- do pelo fato de que a temperatura T1 na etapa (a) é 50-100ºC, ou maior do que Ac3 e/ou a temperatura T2 é acima de Ar3.

13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, carac- terizado pelo fato de que o período de tempo t1 na etapa (a) é pelo menos 1 minuto, e no máximo 7 minutos, e/ou o período de tempo t2 na etapa (b) é no máximo 12 segundos, preferivelmente o período de tempo t2 é entre 2 e 10 segundos.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11-13, caracterizado pelo fato de que a peça é refrigerada na etapa (d), com uma proporção de refrigeração na faixa de 30 - 150ºC/s, preferi- velmente com uma proporção de refrigeração de 30 - 100ºC/s.

15. Veículo compreendendo pelo menos uma peça, como definida em qualquer uma das reivindicações 7 a 9, e/ou caracterizado pelo fato de ser produzido de acordo com o método como definido em qualquer uma das reivindicações 11 a 14.