BR112020003351B1 - Aço com alto teor de mn e método de produção para o mesmo - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a um aço com alto teor de Mn que tem tenacidade criogênica superior e que permite uma redução em custo de materiais e produção. Esse aço com alto teor de Mn tem uma composição de componente contendo, em % em massa, 0,100%-0,700% de C, 0,05-1,00% de Si, 20,0-35,0% de Mn, 0,030% ou menos de P, 0,0070% ou menos de S, 0,01-0,07% de Al, 0,5-7,0% de Cr, 0,0050-0,0500% de N, 0,0050% ou menos de O, 0,0050% ou menos de Ti, e 0,0050% ou menos de Nb, a porção restante sendo Fe e impurezas incidentais, e tem uma microestrutura incluindo austenita como uma fase de matriz, em que a porção de segregação de Mn da microestrutura tem uma concentração de Mn de 16-38%, e o valor de KAM médio é de 0,3 ou mais

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a aço com alto teor de Mn que é adequado para aço estrutural usado em um ambiente de temperatura extremamente baixa tal como um tanque de armazenamento de gás liquefeito, em particular, aço com alto teor de Mn excelente em tenacidade em baixa temperatura, e um método de produção para o mesmo.

ANTECEDENTES

[002] Para usar uma chapa de aço laminada a quente em uma estrutura para um tanque de armazenamento de gás liquefeito, a chapa de aço precisa ter resistência alta e excelente tenacidade em baixa temperatura porque a estrutura é usada em temperatura extremamente baixa. Por exemplo, quando uma chapa de aço laminada a quente é usada para um tanque de armazenamento de gás natural liquefeito, excelente tenacidade precisa ser garantida no ponto de ebulição do gás natural liquefeito, isto é, -164 °C ou menor. Quando um material de aço tem tenacidade em baixa temperatura pobre, a segurança como uma estrutura para um tanque de armazenamento em temperatura extremamente baixa pode não ser mantida. Portanto, há uma crescente demanda por materiais de aço com tenacidade em baixa temperatura melhorada que são aplicados a tal estrutura. Daqui em diante, uma faixa de temperatura extremamente baixa incluindo -164 °C é referida como "temperatura baixa".

[003] Em vista da demanda, aço inoxidável austenítico que tem austenita como uma microestrutura de uma chapa de aço, a austenita não tendo nenhuma fragilidade em temperatura baixa, aço Ni 9% ou ligas de alumínio da série cinco mil têm sido convencionalmente usados. No entanto, o custo da liga e custo de produção são altos, e então há uma demanda por materiais de aço que sejam econômicos e excelentes em tenacidade em baixa temperatura.

[004] Como materiais de aço novos substituindo aço convencional para uso em baixa temperatura, por exemplo, a JP 2017-71817 A (PTL 1) propõe usar, como aço estrutural usado em um ambiente de baixa temperatura, aço com alto teor de Mn adicionado com uma quantidade grande de Mn que é um elemento de estabilização de austenita relativamente econômico.

[005] A PTL 1 propõe uma técnica de controle de razão de segregação de Mn para evitar que carbonetos gerados em limites de grão de cristal se tornem uma origem de fratura.

LISTA DE CITAÇÃO

[006] Literatura de Patente PTL1: JP2017-71817A

SUMÁRIO (Problema Técnico)

[007] Embora seja possível prover aço com alto teor de Mn excelente em tenacidade em baixa temperatura de acordo com a técnica de PTL 1, tem havido uma demanda por redução de custo de material uma vez que o aço com alto teor de Mn precisa conter Ni do ponto de vista de garantia de tenacidade. Ainda, para reduzir a razão de segregação de Mn, tratamento térmico com difusão tendo um produto de temperatura de aquecimento (oC) e tempo de aquecimento (h) de 30000 °C.h ou mais é requerido, o que incorre em um custo de produção alto.

[008] Poderia ser então útil prover aço com alto teor de Mn excelente em tenacidade em baixa temperatura que possa suprimir custos de materiais e produção. Ainda, poderia ser útil propor um método vantajoso para produção de tal aço com alto teor de Mn. Como aqui usado, a frase "excelente em tenacidade em baixa temperatura" significa que a energia absorvida vE-196 em um teste de impacto Charpy a -196 °C é 100 J ou mais.

(Solução para o Problema)

[009] Para atingir os objetivos mencionados acima, os inventores realizaram um estudo extenso de aço com alto teor de Mn quanto a vários fatores determinando a composição química e microestrutura de uma chapa de aço para constatar o que segue:

[0010] a. uma vez que aço com austenita com alto teor de Mn tem difusão de Mn lenta, uma porção de segregação de Mn tendo uma concentração de Mn baixa formada durante fundição contínua permanece após laminação a quente. Quando a porção de segregação de Mn tem uma concentração de Mn de menos do que 16%, martensita induzida por deformação se forma em baixa temperatura, deteriorando a tenacidade em baixa temperatura. Portanto, para melhorar a tenacidade em baixa temperatura de aço com alto teor de Mn, é eficaz aumentar a concentração de Mn na porção de segregação de Mn.

[0011] b. Uma vez que aço com austenita com alto teor de Mn tem difusão lenta de Mn, uma porção de segregação de Mn tendo uma concentração de Mn alta formada durante fundição contínua permanece após laminação a quente. A segregação de Mn tendo uma concentração de Mn de mais de 38% causa fratura intergranular, deteriorando a tenacidade em baixa temperatura. Portanto, para melhorar a tenacidade em baixa temperatura de aço com alto teor de Mn, é eficaz diminuir a concentração de Mn na porção de segregação de Mn.

[0012] c. Com laminação a quente sob condições adequadas, o a ou b acima pode ser realizado sem tratamento térmico por difusão, e custos de produção podem ser suprimidos.

[0013] d. Realização de laminação a quente sob condições adequadas para prover uma densidade de deslocamento alta é eficaz para aumento da tensão de escoamento.

[0014] A descrição é baseada nas constatações acima e investigação adicional conduzida pelos inventores. Os elementos primários da presente invenção são como segue.

[0015] 1. Aço com alto teor de Mn compreendendo: uma composição química contendo (consistindo em), em % em massa, C: 0,100% ou mais e 0,700% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos, Mn: 20,0% ou mais e 35,0% ou menos, P: 0,030% ou menos, S: 0,0070% ou menos, Al: 0,01% ou mais e 0,07% ou menos, Cr: 0,5% ou mais e 7,0% ou menos, N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, O: 0,0050% ou menos, Ti: 0,0050% ou menos, e Nb: 0,0050% ou menos como o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis; e uma microestrutura tendo austenita como uma fase de matriz, em que a microestrutura tem uma porção de segregação de Mn com uma concentração de Mn de 16% ou mais e 38% ou menos, e o aço com alto teor de Mn tem um valor de KAM (“Kernel Average Misorientation” - Desorientação Média de Kernel) médio de 0,3 ou mais, uma energia absorvida em um teste de impacto Charpy a -196 °C de 100 J ou mais, e uma tensão de escoamento (“yield stress”) de 400 MPa ou mais.

[0016] Ainda, o valor de KAM representa uma média de diferença de orientação entre cada pixel (tendo uma etapa de 0,3 μm) e o pixel adjacente em um grão de cristal. Para uma chapa de aço após laminação a quente, análise EBSD (Difração de Retrodispersão Eletrônica) em um campo de 500 μm x 200 μm foi realizada em dois campos arbitrários, e uma média dos resultados de análise para todas as regiões medidas foi calculada para determinar um valor de KAM médio.

[0017] 2. O aço com alto teor de Mn de acordo com 1, em que a composição química contém ainda, % em massa, pelo menos um selecionado do grupo consistindo em Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos.

[0018] 3. Um método para produção de aço com alto teor de Mn compreendendo: aquecimento de um material de aço tendo a composição química de acordo com 1. ou 2. para uma faixa de temperatura de 1100°C ou mais e 1300°C ou menor; e laminação a quente do material de aço com uma temperatura de acabamento de laminação de 800°C ou maior e uma redução de laminação total de 20% ou mais.

[0019] 4. O método para produção de aço com alto teor de Mn de acordo com 3. compreendendo ainda: laminação a quente do material de aço com uma temperatura de acabamento de laminação de 700 °C ou maior e inferior a 950 °C; e então submissão do material de aço a tratamento de resfriamento em uma taxa de resfriamento média de 1,0o C/s ou mais dentro de uma faixa de uma temperatura na ou acima (da temperatura de acabamento de laminação - 100°C) para uma temperatura variando de 300°C a 650°C.

[0020] Como aqui usado, cada faixa de temperatura representa uma temperatura de superfície de um material de aço ou uma chapa de aço.

(Efeito Vantajoso)

[0021] De acordo com a presente invenção, é possível prover aço com alto teor de Mn excelente em tenacidade em baixa temperatura. Portanto, o aço com alto teor de Mn da requerente contribui muito para a melhoria da segurança e vida de serviço de uma estrutura de aço usada em um ambiente de baixa temperatura tal como um tanque para um tanque de armazenamento de gás liquefeito, e tem efeitos industrialmente significantes. Ainda, o método da produção da requerente não diminui a produtividade ou aumenta o custo de produção e, portanto, é excelente em eficiência econômica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] Nos desenhos acompanhantes: A FIG. 1 é um gráfico representando uma relação entre a concentração de Mn de uma porção de segregação de Mn negativa e uma energia absorvida Charpy (vE-196); e A FIG. 2 é um gráfico representando uma relação entre a concentração de Mn de uma porção de segregação de Mn e uma energia absorvida Charpy (vE-196).

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0023] O aço com alto teor de Mn da requerente será descrito em detalhes abaixo.

Composição Química

[0024] A composição química do aço com alto teor de Mn da requerente e razões para suas limitações são descritas primeiro. Na descrição da composição química, "%" significa "% em massa" a menos que de outro modo observado. C: 0,100% ou mais e 0,700% ou menos

[0025] C é um elemento de estabilização de austenita econômico e um elemento importante para obter austenita. Para obter esse efeito, o teor de C precisa ser 0,100% ou mais. Por outro lado, um teor de C além de 0,700% gera carbonetos de Cr excessivos, deteriorando a tenacidade em baixa temperatura. Portanto, o teor de C é definido em 0,100% ou mais e 0,700% ou menos. O teor de C é preferivelmente 0,200% ou mais e 0,600% ou menos. Si: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos

[0026] Si age como um desoxidante, se necessário para produção de aço, e é eficaz em aumentar a resistência de uma chapa de aço através de reforço da solução sólida quando dissolvida em aço. Para obter tal efeito, o teor de Si precisa ser 0,05% ou mais. Por outro lado, um teor de Si além de 1,00% deteriora a capacidade de soldagem. Portanto, o teor de Si é definido em 0,05% ou mais e 1,00% ou menos, e preferivelmente 0,07% ou mais e 0,50% ou menos. Mn: 20,0% ou mais e 35,0% ou menos

[0027] Mn é um elemento de estabilização de austenita relativamente econômico. Na descrição, Mn é um elemento importante para obter ambos resistência e tenacidade em baixa temperatura. Para obter os efeitos, o teor de Mn precisa ser 20,0% ou mais. Por outro lado, um teor de Mn além de 35,0% deteriora tenacidade em baixa temperatura. Ainda, tal teor de Mn alto deteriora a capacidade de soldagem e capacidade de corte, e ainda promove segregação bem como a ocorrência de fragilização por corrosão sob tensão. Portanto, o teor de Mn é definido em 20,0% ou mais e 35,0% ou menos, preferivelmente 23,0% ou mais e 30,0% ou menos e mais preferivelmente 28,0% ou menos. P: 0,030% ou menos

[0028] Quando o teor de P está além de 0,030%, P segrega para limites de grão e se torna uma origem de fragilização por corrosão sob tensão. Portanto, o limite superior do teor de P é 0,030% e, desejavelmente, o teor de P é mantido o menor possível. Portanto, o teor de P é definido em 0,030% ou menos. Reduzir P excessivamente envolve custo de refinamento alto e é economicamente desvantajoso. Portanto, o teor de P é desejavelmente definido em 0,002% ou mais, preferivelmente 0,005% ou mais e 0,028% ou menos e mais preferivelmente 0,024% ou menos. S: 0,0070% ou menos

[0029] S deteriora a tenacidade em baixa temperatura e ductilidade do metal de base. Portanto, o limite superior do teor de S é 0,0070% e, desejavelmente, o teor de S é mantido o menor possível. Portanto, o teor de S é definido em 0,0070% ou menos. Reduzir S excessivamente envolve custo de refinamento alto e é economicamente desvantajoso. Portanto, o limite inferior do teor de S é desejavelmente definido em 0,001% ou mais. O teor de S é preferivelmente definido em 0,0020% ou mais e 0,0060% ou menos. Al: 0,01% ou mais e 0,07% ou menos

[0030] Al age como um desoxidante e é usado mais comumente em processos de desoxidação de aço fundido para obter uma chapa de aço. Para obter tal efeito, os teores de Al precisam ser 0,01% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Al está além de 0,07%, Al é misturado em uma porção de metal de solda durante soldagem, deteriorando a tenacidade do metal de solda. Portanto, o teor de Al é definido ser 0,07% ou menos. Portanto, o teor de Al é definido ser 0,01% ou mais e 0,07% ou menos e preferivelmente 0,02% ou mais e 0,06% ou menos. Cr: 0,5% ou mais e 7,0% ou menos

[0031] Cr é um elemento que estabiliza austenita com uma quantidade apropriada de adição e é eficaz para melhoria de tenacidade em baixa temperatura e resistência do metal de base. Para obter tais efeitos, o teor de Cr precisa ser 0,5% ou mais. Por outro lado, um teor de Cr além de 7,0% gera carbonetos de Cr, deteriorando a tenacidade em baixa temperatura e resistência à fragilidade por corrosão sob tensão. Portanto, o teor de Cr é definido ser 0,5% ou mais e 7,0% ou menos, preferivelmente 1,0% ou mais e 6,7% ou menos, e mais preferivelmente 1,2% ou mais e 6,5% ou menos. Para melhorar mais a resistência da fragilidade por corrosão sob tensão, o teor de Cr é mais preferivelmente 2,0% ou mais e 6,0% ou menos. N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos

[0032] N é um elemento de estabilização de austenita e um elemento que é eficaz para melhoria da tenacidade em baixa temperatura. Para obter tal efeito, o teor de N precisa ser 0,0050% ou mais. Por outro lado, o teor de N além de 0,0500% engrossa nitretos ou carbonitretos, deteriorando a tenacidade. Portanto, o teor de N é definido em 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, e preferivelmente 0,0060% ou mais e 0,0400% ou menos. O: 0,0050% ou menos

[0033] O deteriora a tenacidade em baixa temperatura devido à formação de óxidos. Portanto, o teor de O é definido em 0,0050% ou menos, e preferivelmente 0,0045% ou menos. Redução excessiva de O envolve custo de refinamento alto e é economicamente desvantajoso. Portanto, o teor de O é desejavelmente definido em 0,0010% ou mais. Ti: 0,005% ou menos e Nb: 0,005% ou menos

[0034] Ti e Nb formam carbonitretos com um ponto de fusão alto em aço para evitar engrossamento de grãos de cristal, então se tornando uma origem de fratura e um caminho de propagação de rachaduras. Em particular, em aço com alto teor de Mn, Ti e Nb impedem controle de microestrutura para aumento da tenacidade em baixa temperatura e melhoria da ductilidade e, então, precisam ser intencionalmente limitados. Especificamente, Ti e Nb são componentes que são inevitavelmente misturados a partir de matérias-primas e similar em aço, e Ti de mais de 0,005% e 0,010% ou menos e Nb de mais de 0,005% e 0,010% ou menos são tipicamente misturados. Portanto, de acordo com o método descrito abaixo, é necessário evitar mistura inevitável de Ti e Nb e limitar o teor de cada um de Ti e Nb em 0,005% ou menos. Ao limitar o teor de cada um de Ti e Nb em 0,005% ou menos, é possível eliminar o efeito adverso de carbonitretos e garantir excelentes tenacidade em baixa temperatura e ductilidade. O teor de cada um de Ti e Nb é preferivelmente definido em 0,003% ou menos. Os teores de cada um de Ti e Nb podem ser 0%.

[0035] O restante que não seja os componentes mencionados acima, são Fe e impurezas inevitáveis. As impurezas inevitáveis incluem H, e um teor total de 0,01% ou menos é permissível.

Microestrutura Microestrutura tendo austenita como uma fase de matriz

[0036] Quando um material de aço tem uma estrutura de cristal cúbico de corpo centrado (bcc), o material de aço pode causar fratura frágil em um ambiente de baixa temperatura e, portanto, não é adequado para uso em um ambiente de baixa temperatura. Quando o material de aço é presumido ser usado em um ambiente de baixa temperatura, o material de aço é requerido ter, como uma fase de matriz, uma microestrutura de austenita que tem uma estrutura de cristal cúbico de face centrada (fcc). Como aqui usado, a frase "tendo austenita como uma fase de matriz" e frases similares significam que a razão de área de uma fase de austenita é 90% ou mais. O restante que não seja a fase de austenita é uma fase de ferrita ou martensita. A razão de área da fase de austenita é preferivelmente 95% ou mais.

[0037] Como declarado acima, em aço com alto teor de Mn contendo Mn em uma quantidade de 20,0% ou mais e 35,0% ou menos, uma porção de segregação tendo uma concentração de Mn baixa e uma porção de segregação tendo uma concentração de Mn alta, comparado com o teor de Mn na composição química, são formadas. Como descrito abaixo, os inventores constataram que essas porções tendo concentrações de Mn diferentes são um fator por detrás da deterioração de tenacidade em baixa temperatura.

[0038] Especificamente, a concentração de Mn de uma porção de segregação de Mn e uma energia absorvida em um teste de impacto Charpy a -196 °C foram medidas em uma chapa de aço obtida através de laminação a quente de um material de aço tendo a composição química mencionada acima sob várias condições. Como aqui usado, a porção de segregação de Mn, que é uma região tendo uma concentração de Mn baixa ou alta dentro de uma faixa de segregação de Mn, é especificamente representada por uma região tendo uma concentração de Mn mais baixa ou mais alta que é medida através de análise EBSD (Difração de Retrodispersão Eletrônica) em uma superfície polida em uma seção transversal ao longo de uma direção de laminação de uma chapa de aço após laminação a quente. Microestrutura tendo porção de segregação de Mn com concentração de Mn de 16% ou mais e 38% ou menos

[0039] Primeiro, em uma porção de segregação de Mn tendo uma concentração de Mn baixa (porção de segregação de Mn negativa), como a FIG. 1 ilustra o resultado de medição da concentração de Mn e a energia absorvida no teste de impacto Charpy a -196 °C, é constatado que, quando a concentração de Mn na porção de segregação de Mn é 16% ou mais, uma energia absorvida de 100 J ou mais é obtida. A concentração de Mn na porção de segregação de Mn é preferivelmente 17% ou mais.

[0040] Ainda, em uma porção de segregação de Mn tendo uma concentração de Mn alta, como a FIG. 2 ilustra um resultado obtido através da medição da concentração de Mn e da energia absorvida no teste de impacto Charpy a -196 °C, é constatado que, quando a concentração de Mn na porção de segregação de Mn é 38% ou menos, uma energia absorvida de 100 J ou mais é obtida. A concentração de Mn na porção de segregação de Mn é preferivelmente 37% ou menos. Valor de KAM (Desorientação Média de Kernel) médio sendo 0,3 ou mais

[0041] Como declarado acima, o valor de KAM é determinado através da realização de análise EBSD (Difração de Retrodispersão Eletrônica) em um campo de 500 μm x 200 μm em dois campos arbitrários de uma chapa de aço após laminação a quente e cálculo a partir dos resultados de análise de uma média de diferença de orientação entre cada pixel (tendo uma etapa de 0,3 μm) e o pixel adjacente em um grão de cristal. O valor de KAM reflete a mudança de orientação de cristal local causada por deslocamento na microestrutura. Um valor de KAM maior representa uma diferença de orientação maior entre um ponto de medição e a porção adjacente. Especificamente, um valor de KAM maior significa um grau de deformação local maior em um grão. Portanto, um valor de KAM maior em uma chapa de aço após laminação significa uma densidade de deslocamento maior. Ainda, quando o valor de KAM médio é 0,3 ou mais, significa acúmulo de uma quantidade grande de deslocamento e, portanto, tensão de escoamento aumenta. O valor de KAM médio é preferivelmente 0,5 ou mais. Por outro lado, quando o valor de KAM médio é além de 1,3, a tenacidade pode ser deteriorada. Portanto, o valor de KAM médio é preferivelmente 1,3 ou menos.

[0042] Uma porção de segregação de Mn tendo uma concentração de Mn de 16% ou mais e 38% ou menos e um valor de KAM médio de 0,3 ou mais como acima declarado pode ser obtida ajustando a composição química como descrito acima e realizando laminação a quente de acordo com as condições que seguem.

[0043] Na descrição, para melhorar mais a resistência e tenacidade em baixa temperatura, em adição aos elementos essenciais acima, os elementos que seguem podem estar contidos conforme necessário. Pelo menos um de Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos. Mo, V e W: 2,0% ou menos

[0044] Mo, V e W contribuem para estabilização de austenita e melhoria da resistência do metal de base. Para obter tal efeito, Mo, V e/ou W estão preferivelmente contidos em uma quantidade de 0,001% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Mo, V e/ou W está além de 2,0%, carbonitretos grossos são gerados, os quais podem se tornar uma origem de fratura, e ainda aumentam o custo de produção. Portanto, quando Mo, V e/ou W estão contidos, o teor de cada elemento de liga adicionado é 2,0%, preferivelmente 0,003% ou mais e 1,7% ou menos, e mais preferivelmente 1,5% ou menos. Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos

[0045] Ca, Mg, e REM são elementos úteis para controle morfológico de inclusões e podem estar contidos conforme necessário. O controle morfológico de inclusões significa granulação de inclusões à base de sulfeto alongadas. O controle morfológico de inclusões melhora a ductilidade, tenacidade e resistência à fragilização por corrosão sob tensão do dissulfeto. Para obter tais efeitos, Ca e/ou Mg estão preferivelmente contidos em uma quantidade de 0,0005% ou mais e REM está preferivelmente contido em uma quantidade de 0,0010% ou mais. Por outro lado, quando esses elementos estão contidos em uma quantidade grande, não apenas a quantidade de inclusões não metálicas pode ser aumentada, terminando em deterioração da ductilidade, tenacidade e fragilização por corrosão sob tensão do dissulfeto, mas também uma desvantagem econômica pode ser ocasionada.

[0046] Portanto, quando Ca e Mg estão contidos, o teor de cada elemento é definido em 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos. Quando REM está contido, o teor é definido em 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos. Preferivelmente, o teor de Ca é definido em 0,0010% ou mais e 0,0040% ou menos, o teor de Mg é definido em 0,0010% ou mais e 0,0040% ou menos, e o teor de REM é definido em 0,0020% ou mais e 0,0150% ou menos.

[0047] O aço com alto teor de Mn da requerente pode ser obtido a partir de aço fundido tendo a composição química mencionada acima que é preparado através de produção de aço usando um método publicamente conhecido tal como usando um conversor e um forno de aquecimento elétrico. Ainda, o aço com alto teor de Mn pode ser também submetido a refinamento secundário em um forno de desgaseificação a vácuo. Durante o refinamento secundário, para limitar os teores de Ti e Nb que impedem controle adequado da microestrutura dentro da faixa mencionada acima, é necessário impedir que Ti e Nb sejam inevitavelmente misturados a partir de matérias-primas ou similar no aço e diminuir os teores de Ti e Nb. Por exemplo, ao diminuir a basicidade de escória no estágio de refinamento, de modo que esses elementos de liga são concentrados na escória para serem descarregados, é possível reduzir as concentrações de Ti e Nb em um produto de escória final. É também possível aplicar um método em que oxigênio é soprado no forno ou similar para oxidação de modo que uma liga de Ti e Nb pode ser flutuada e separada durante circulação. Subsequentemente, é preferível produzir o aço em um material de aço tal como uma escória tendo um tamanho predeterminado através de um método de produção de aço publicamente conhecido tal como fundição contínua.

[0048] O que segue provê uma definição adicional de condições de produção para produzir o material de aço mencionado acima em um material de aço exibindo excelente tenacidade em baixa temperatura. Temperatura de aquecimento do material de aço: 1100 °C ou maior e 1300 °C ou menor

[0049] Para obter aço com alto teor de Mn tendo os elementos mencionados acima, é importante realizar aquecimento para uma faixa de temperatura de 1100°C a 1300°C e laminação a quente com uma temperatura de acabamento de laminação de 800°C ou mais e uma redução de laminação total de 20% ou mais. A temperatura é controlada com base na temperatura de superfície do material de aço.

[0050] Especificamente, para promover difusão de Mn durante a laminação a quente, a temperatura de aquecimento antes da laminação é definida em 1100°C ou maior. Por outro lado, uma temperatura de aquecimento além de 1300°C pode disparar a fusão do aço e, portanto, o limite superior da temperatura de aquecimento é definido em 1300°C. A temperatura de aquecimento é preferivelmente 1150°C ou mais e 1250°C ou menos. Temperatura de acabamento de laminação de 800°C ou maior e redução de laminação total de 20% ou mais

[0051] Ainda, é importante definir a redução de laminação total durante a laminação tão alta quanto 20% ou mais para desta maneira diminuir a distância entre porções de segregação de Mn de modo que a difusão de Mn seja promovida. Similarmente, do ponto de vista de promoção de difusão de Mn durante laminação, a temperatura de acabamento de laminação é definida em 800 °C ou maior. Isso é porque Mn não é suficientemente difundido em uma temperatura de menos do que 800 °C, que é bem abaixo de dois terços do ponto de fusão de Mn. A temperatura de acabamento de laminação é preferivelmente 950 °C ou maior e mais preferivelmente 1000 °C ou maior e 1050 °C ou menor. Ainda, a redução de laminação total é preferivelmente 30% ou maior. Nenhum limite superior é posto na redução de laminação total, mas do ponto de vista de melhoria da eficiência de laminação, o limite superior é preferivelmente 98%.

[0052] Ainda, se necessário, é vantajoso para aumento do valor de KAM realizar ainda a segunda laminação a quente que satisfaz as condições que seguem após a laminação a quente acima. Aqui, quando a temperatura de acabamento da primeira laminação a quente acima é 1100° ou maior, a segunda laminação a quente pode ser continuada como ela é, enquanto quando a temperatura de acabamento é inferior a 1100°C, reaquecimento para 1100°C ou maior é realizado. Novamente, uma temperatura de aquecimento além de 1300 °C pode disparar a fusão do aço. Portanto, o limite superior da temperatura de aquecimento é definido em 1300°C. A temperatura é controlada com base na temperatura de superfície do material de aço. A temperatura de aquecimento é preferivelmente 1150°C ou maior e 1250°C ou menor. Temperatura de acabamento de laminação: 700°C ou maior e inferior a 950 °C

[0053] A segunda laminação a quente requer pelo menos uma passagem de laminação de acabamento final a 700 °C ou maior e inferior a 950 °C. Especificamente, ao realizar pelo menos uma passagem de laminação preferivelmente com uma redução de laminação de 10% ou mais a menos de 950 °C, deslocamentos tendo sido introduzidos durante a primeira laminação são menos prováveis ser recuperados e permanecem facilmente, e, portanto, o valor de KAM pode ser aumentado. Ainda, grãos de cristal se tornam excessivamente grossos em uma faixa de temperatura de acabamento de 950 °C ou maior e então tensão de escoamento desejado não pode ser obtido. Portanto, é preferível realizar pelo menos uma passagem de laminação de acabamento final inferior a 950 °C. A temperatura de acabamento é preferivelmente 900 °C ou menor e mais preferivelmente 850 °C ou menor.

[0054] Por outro lado, uma temperatura de acabamento inferior a 700 °C deteriora a tenacidade e, então, a temperatura de acabamento é definida em 700 °C ou maior, e preferivelmente 750 °C ou maior. A redução de laminação inferior a 950 °C é preferivelmente 20% ou mais e mais preferivelmente 50% ou mais. No entanto, laminação com uma redução de laminação além de 95% deteriora a tenacidade e, então, uma redução de laminação de 95% ou menos é preferível. Taxa de esfriamento média dentro de uma faixa de temperatura na ou acima de (uma temperatura de acabamento de laminação - 100 °C) para uma temperatura variando de a partir de 300 °C a 650 °C: 1,0o C/s ou mais

[0055] Após a laminação a quente, resfriamento é imediatamente realizado. Resfriamento suave da chapa de aço após a laminação a quente promove formação de precipitados, desta maneira deteriorando tenacidade em baixa temperatura. Resfriamento da chapa de aço em uma taxa de resfriamento de 1,0o C/s ou mais pode impedir a formação desses precipitados. Ainda, resfriamento excessivo distorce a chapa de aço, deteriorando a produtividade. Em particular, para um material de aço tendo uma espessura de placa de menos de 10 mm, resfriamento com ar é preferível. Portanto, o limite superior da temperatura de início de resfriamento é definido em 900°C. Pelas razões mencionadas acima, no resfriamento após a laminação a quente, sobre uma superfície da chapa de aço, a taxa de resfriamento média dentro de uma faixa de uma temperatura em ou acima de (uma temperatura de acabamento de laminação - 100 °C) para uma temperatura variando de a partir de 300 °C a 650°C é definida para 1,0oC/ ou mais. Nota-se que o tratamento térmico subsequente é desnecessário porque as porções de agregação de Mn no estado conforme laminado são mantidas dentro de uma faixa de concentração de Mn estreita.

EXEMPLOS

[0056] A descrição será descrita em mais detalhes abaixo por meio de exemplos. Observa-se que a descrição não é limitada aos exemplos que seguem.

[0057] Placas de aço tendo as composições químicas listadas na Tabela 1 foram feitas através de um processo de fundição de refino contínuo de conversor-colher de fundição. Em seguida, as placas de aço obtidas foram submetidas à formação de blocos (a primeira laminação a quente) e laminação a quente (a segunda laminação a quente) sob condições listadas na Tabela 2 para obter chapas de aço tendo uma espessura de 10 mm a 30 mm. Propriedades de tensão, tenacidade e microestrutura das chapas de aço obtidas foram avaliadas como descrito abaixo.

(1) Propriedades de tração

[0058] Peças de teste de tração JIS NO. 5 foram coletadas de cada chapa de aço. Então, as peças de teste foram submetidas a um teste de tração em conformidade com JIS Z 2241 (1998) para investigar as propriedades de tração. Na descrição, quanto uma peça de teste tinha uma tensão de escoamento de 400 MPa ou mais e uma resistência à tração de 800 MPa ou mais, a chapa de aço correspondente foi determinada ter excelentes propriedades de tração. Ainda, quando uma peça de teste tinha um alongamento de 40% ou mais, a chapa de aço correspondente foi determinada ter excelente ductilidade.

(2) Tenacidade em baixa temperatura

[0059] Peças de teste de entalhe em V Charpy foram coletadas de cada chapa de aço tendo uma espessura de placa de mais de 20 mm em uma posição % da espessura de placa ou de cada chapa de aço tendo uma espessura de placa de 20 mm ou menos em uma posição ^ da espessura de chapa, em uma direção paralela à direção de laminação em conformidade com JIS Z 2242 (2005). Então, as peças de teste foram submetidas a teste de impacto Charpy em conformidade com JIS Z 2242 (2005), onde três peças de teste foram usadas para cada chapa de aço, para determinar energia absorvida a -196 °C e avaliar tenacidade do metal de base. Na descrição, quando as três peças de teste tinham uma energia absorvida média (vE-196) de 100 J ou mais, a chapa de aço correspondente foi determinada ter excelente tenacidade de aço de base. Para chapas de aço tendo uma espessura de placa de menos de 10 mm, peças de teste de entalhe em V Charpy tendo um subtamanho de 5 mm foram coletadas de cada chapa de aço em uma posição ^ da espessura de placa, em uma direção paralela à direção de laminação em conformidade com JIS Z 2242 (2005). Então, as peças de teste foram submetidas a teste de impacto Charpy a -196°C em conformidade com JIS Z 2242 (2005), onde três peças de teste foram usadas para cada chapa de aço. Quando as três peças de teste tinham uma energia absorvida média (vE-196) de 67 J ou mais, a chapa de aço correspondente foi determinada ter excelente tenacidade de aço de base.

Fratura frágil percentual

[0060] Após o teste de impacto Charpy a -196 °C, observação SEM (em ampliações de 500 em 10 campos) foi realizada para medir a fratura frágil percentual. Quando as peças de teste tinham uma fração frágil percentual de 0%, a chapa de aço correspondente foi determinada ter excelente tenacidade em baixa temperatura.

(3) Avaliação de microestrutura Valor de KAM

[0061] Para cada chapa de aço após a laminação a quente, análise EBSD (Difração de Retrodispersão Eletrônica) (etapa de medição: 0,3 μm) em um campo de 500 μm x 200 μm foi realizada em dois campos arbitrários (em uma posição % da espessura de placa ou uma posição ^ da espessura de placa) sobre uma superfície polida em uma seção transversal ao longo da direção de laminação da chapa de aço e uma média dos resultados de análise para todas as regiões medidas foi calculada para determinar um valor de KAM médio.

Martensita induzida por deformação

[0062] Após o teste de impacto Charpy, a peça de teste foi polida em etapas para conveniência de observação até a parte inferior de seu entalhe. Na peça de teste, cinco campos com um tamanho de 100 μm x 100 μm foram observados através de análise EBSD (etapa de medição: 0,08 μm) para determinar a presença/ausência de martensita induzida por deformação.

Concentração de Mn

[0063] Ainda, nas posições descritas acima onde os valores de KAM foram medidos através de EBSD, análise EPMA (Microanalisador por Sonda Eletrônica) foi ainda realizada para determinar as concentrações de Mn, e aquelas porções tendo a concentração de Mn mais baixa e a concentração de Mn mais alta foram definidas como porções de segregação.

[0064] Os resultados dessas medições são listados na Tabela 3. Tabela 1 Tabela 2 Tabela 3

[0065] As amostras com alto teor de Mn da requerente foram todas confirmadas satisfazer o desempenho desejado mencionado acima (uma tensão de escoamento de metal de base de 400 MPa ou mais e uma energia absorvida média (vE-196) de 100 J ou mais para tenacidade em baixa temperatura). Em contraste, os exemplos comparativos fora do escopo da presente descrição não satisfizeram o desempenho desejado mencionado acima em termos nem de um nem de ambos de tensão de escoamento e tenacidade em baixa temperatura.

Claims (2)

1. Aço com alto teor de Mn, caracterizado pelo fato de que possui: uma composição química que consiste em, em % em massa, C: 0,100% ou mais e 0,700% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 1,00% ou menos, Mn: 20,0% ou mais e 35,0% ou menos, P: 0,030% ou menos, S: 0,0070% ou menos, Al: 0,01% ou mais e 0,07% ou menos, Cr: 0,5% ou mais e 7,0% ou menos, N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, O: 0,0050% ou menos, Ti: 0,005% ou menos, e Nb: 0,005% ou menos, opcionalmente pelo menos um selecionado do grupo consistindo em Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos, como o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis; e uma microestrutura tendo austenita como uma fase de matriz, em que a microestrutura tem uma porção de segregação de Mn com uma concentração de Mn de 16% ou mais e 38% ou menos, e o aço com alto teor de Mn tem um valor de KAM (Desorientação Média de Kernel) médio de 0,3 ou mais, uma energia absorvida em um teste de impacto Charpy a -196 °C de 100 J ou mais e uma tensão de escoamento de 400 MPa ou mais.

2. Método para produção de aço com alto teor de Mn, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: aquecimento de um material de aço tendo a composição química, como definido na reivindicação 1, para uma faixa de temperatura de 1100 °C ou maior e 1300 °C ou menor; laminação a quente do material de aço com uma temperatura de acabamento de laminação de 800 °C ou maior e uma redução de laminação total de 20% ou mais; laminação a quente do material de aço com uma temperatura de acabamento de laminação de 700 °C ou maior e inferior a 950 °C; e em seguida, submissão do material de aço a tratamento com resfriamento em uma taxa de resfriamento média de 1,0 °C/s ou mais dentro de uma faixa de uma temperatura variando de 600 °C a 900 °C para uma temperatura variando de 300 °C a 650 °C.