BR112020009289A2 - chapa de aço compósita de alta resistência e alta tenacidade e resistente ao desgaste e método para fabricação da mesma - Google Patents

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Abstract

  A presente invenção refere-se a uma chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, compreendendo uma camada de substrato e uma camada compósita na qual um único lado ou os dois lados são compostos sobre a camada de substrato; a camada de substrato é uma camada de aço carbono; a camada compósita é uma camada de aço de manganês ultra-alto e o teor de elemento Mn na camada compósita é 16,00 - 25,00% em peso. É ainda divulgado um método de fabricação para a chapa de aço compósita de alta resistência e alta tenacidade e resistente ao desgaste, compreendendo: (1) preparação de uma placa (plate blank) da camada de substrato e de uma placa da camada compósita; (2) montagem; (3) Aquecimento: a temperatura de aquecimento é 1150-1250°C, e a conservação do calor é realizada por 1-3 horas; (4) Laminação do compósito: a temperatura inicial de laminação é de 1120 - 1220¿C, a temperatura final de laminação é de 1050 - 1200¿C, e a taxa de redução é controlada para ser maior ou igual a 50%; e (5) Resfriamento após a laminação. Com alta resistência e dureza, alta resistência ao desgaste e alta tenacidade, a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste tem excelente desempenho geral.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CHAPA DE AÇO COMPÓSITA DE ALTA RESISTÊNCIA E ALTA TENACI- DADE E RESISTENTE AO DESGASTE E MÉTODO PARA FABRI- CAÇÃO DA MESMA". Campo Técnico
[0001] A presente invenção refere-se a uma chapa de aço e a um método para fabricar a mesma, particularmente a uma chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste e a um método para fabricar a mesma. Arte anterior
[0002] Aço de manganês ultra-alto é amplamente utilizado em pe- ças resistentes ao desgaste em diversas indústrias, especialmente pa- ra abrasivos macios, e para uso em condições de desgaste erosivo de grandes ângulos, como em chapas de impacto de moinhos de carvão com exaustor . Aço de manganês ultra-alto é desenvolvido aumentan- do o teor de carbono e de manganês com base na composição padrão do aço com alto teor de manganês comum. Ele não apenas possui uma alta taxa de encruamento , mas também mantém uma estrutura de austenita de alta tenacidade. Possui boa resistência ao desgaste em condições de médio a baixo impacto. Está provado em experimen- tos e produção e uso reais que uma chapa de impacto desse material tem uma vida útil de quase o dobro da de uma chapa de impacto de aço com alto teor de manganês comum. Tanto no país como no exte- rior, aço de manganês ultra-alto, como material resistente ao desgaste, tem sido transformado em produtos.
[0003] No entanto, ainda existem alguns problemas com o aço de manganês ultra-alto. Por exemplo, devido à sua baixa resistência e dureza, é inaplicável aos principais componentes estruturais que pre- cisam de capacidade de suporte de carga. Além disso, o aço com alto teor de manganês também apresenta alguns problemas no uso. Por exemplo, devido à sua alta propriedade reológica, quando o aço de manganês ultra-alto é usado como chapa de revestimento para um grande moinho, a chapa de revestimento se expande e arqueia sob impacto, de modo que os parafusos se quebram e caem. Em outro exemplo, quando o aço de manganês ultra-alto é usado para uma pla- ca divisória ou uma grelha , o comportamento reológico do material bloqueia a folga da grelha e a produção do moinho é seriamente redu- zida. Portanto, o aço de manganês ultra-alto, um material resistente ao desgaste de alta qualidade, tem algumas deficiências no uso.
[0004] Na maioria dos casos, o aço com alto teor de manganês é produzido por fundição. Geralmente, a parte interna de um lingote fun- dido tem baixa qualidade e um bom número de falhas. Algumas defici- ências, como propensão a rachaduras, aparecem no uso. Isso reduz bastante a vida útil do produto e aumenta o custo de uso, o que não favorece o marketing do produto.
[0005] Em vista do exposto, é desejável obter uma chapa de aço que combine aço de manganês ultra-alto com aço de alta resistência e baixa liga, o que pode não apenas melhorar a resistência e a dureza do material, mas também evitar o defeito de grave deformação do aço de manganês ultra-alto sob estresse. Como tal, a chapa de aço pode melhorar significativamente as propriedades como um todo dos mate- riais e aumentar a vida útil dos materiais.
[0006] Um dos objetivos da presente divulgação é fornecer uma chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resisten- te ao desgaste, que tenha alta resistência, boa tenacidade e excelente resistência ao desgaste. Possui propriedades superiores como um to- do, pode aumentar significativamente a vida útil dos produtos e possui uma ampla faixa de aplicações.
[0007] Para alcançar o objetivo acima, é proposta aqui uma chapa
C: 0,10-0,25% em peso; Si: 0,10-1,00% em peso; Mn: 0,40- 2,00% em peso; Cr: 0,01-2,00% em peso; Mo: 0,01-1,00% em peso; Ni: 0,01-2,00% em peso; Nb: 0,001-0,080% em peso; B: 0,0005- 0,0040% em peso; Al: 0,010-0,080% em peso; e o restante de Fe e outras impurezas inevitáveis.
[0011] O princípio para projetar os vários elementos químicos da camada de substrato na chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é descrito a seguir:
[0012] C: Carbono é o elemento mais básico e importante em aço resistente ao desgaste. A resistência e a dureza do aço são melhora- das pelo endurecimento por solução sólida e pelo endurecimento por precipitação. No entanto, uma quantidade excessiva de carbono redu- zirá a tenacidade e plasticidade. Portanto, a porcentagem em massa de C na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta re- sistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,10 a 0,25%.
[0013] Si: Uma porcentagem em massa apropriada de silício é um desoxidante benéfico no aço. Ele pode ser combinado com cálcio e alumínio no aço para formar inclusões de silicato de cálcio / alumínio que podem flutuar facilmente para aumentar a pureza do aço. Silício é dissolvido em solução sólida em ferrita e austenita para aumentar sua dureza e resistência. No entanto, quando a porcentagem em massa de silício é alta demais, isso leva a um declínio acentuado na tenacidade do aço. Assim, a porcentagem em massa de Si na camada de substra- to da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é con- trolada na faixa de 0,10 a 1,00%.
[0014] Mn: Na solução técnica de acordo com a presente divulga- ção, a adição de Mn é benéfica para melhorar o encruamento do aço.
Portanto, a porcentagem em massa de Mn é controlada na faixa de 0,40 a 2,00%.
[0015] Cr: Cromo pode melhorar o encruamento do aço e aumen- tar a resistência e dureza do aço. Além disso, o cromo pode impedir ou retardar a precipitação e agregação de carbonetos durante o reveni- mento , o que pode melhorar a resistência ao revenimento do aço. Portanto, a porcentagem em massa de Cr na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resisten- te ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,01 a 2,00%.
[0016] Mo: Molibdênio pode refinar os grãos e melhorar a resistên- cia e tenacidade. Ao mesmo tempo, o molibdênio é um elemento que reduz a fragilidade por revenimento e pode melhorar a resistência ao revenimento. Portanto, a porcentagem em massa de Mo na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tena- cidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulga- ção, é controlada na faixa de 0,01 a 1,00%.
[0017] Ni: Níquel tem o efeito de diminuir significativamente a tem- peratura de transição dúctil-quebradiço. No entanto, é provável que uma porcentagem em massa excessivamente alta de níquel aumente a dificuldade na esfoliação de incrustações da superfície da chapa de aço. Além disso, a adição excessiva de níquel aumenta significativa- mente o custo de produção. Portanto, a porcentagem em massa de Ni na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistên- cia, alta tenacidade e resistente ao desgaste de acordo com a presen- te divulgação é controlada na faixa de 0,01 - 2,00%.
[0018] Nb: Nióbio melhora a resistência e tenacidade do aço por meio do refinamento de grãos. Assim, a porcentagem em massa de Nb na camada de substrato na solução técnica de acordo com a pre- sente divulgação é controlada na faixa de 0,001 a 0,080%.
[0019] B: Boro aumenta o encruamento do aço. No entanto, uma porcentagem em massa excessivamente alta de boro pode causar fra- gilização a quente, o que afeta o desempenho da soldagem e a traba- lhabilidade a quente do aço. Assim, a porcentagem em massa de B na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,0005 a 0,0040%.
[0020] Al: Alumínio e nitrogênio no aço podem formar partículas finas insolúveis de AIN e refinar grãos de aço. Além disso, o alumínio pode refinar os grãos de aço, imobilizar nitrogênio e oxigênio no aço, reduzir a sensibilidade ao entalhe do aço, aliviar ou eliminar o fenôme- no de envelhecimento do aço e melhorar a tenacidade do aço. Portan- to, a porcentagem em massa de Al na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,010 a 0,080%.
[0021] Deve-se notar que impurezas na chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, são desvantajosas para a melhoria das propriedades da chapa de aço e também reduzem a qualidade e vida útil da chapa de aço. No entanto, o controle excessivamente rigoroso das impurezas aumentará notavelmente o custo de produção. Em vista das considerações acima, as impurezas inevitáveis, como P, S, N, He O na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resis- tência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a pre- sente divulgação, são controladas como segue: P <0,030%; S < 0,010%; N < 0,0080%; O < 0,0080%; H < 0,0004%.
[0022] Além disso, a camada de substrato na chapa de aço com- pósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, compreende adicionalmente pelo menos um dos seguintes elementos químicos: O <V<0,080% em peso e O <Ti< 0,060% em peso.
[0023] Além disso, os elementos químicos da camada de substrato na chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resis- tente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, atendem ainda a pelo menos um dentre 0,20%<(Cr/5 + Mn/6 + 50B)<0,55%, 0,10%<(Mo/3 + Ni/5 + 2Nb)<0,42% e 0,02%<(Al + Ti)<0,12%.
[0024] Nas fórmulas acima, cada elemento representa a porcenta- gem em massa do elemento correspondente.
[0025] Além disso, a camada de substrato na chapa de aço com- pósita resistente ao desgaste de acordo com a presente divulgação compreende uma microestrutura de martensita + austenita residual.
[0026] Além disso, a camada de substrato na chapa de aço com- pósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, possui uma resistência à tração de >21200MPa, uma resistência ao escoamento de >31000MPa, um alon- gamento de 214%, uma dureza Brinell de 2400HB e uma energia de impacto longitudinal Charpy com entalhe em V a -40ºC de >60J.
[0027] Além disso, a camada compósita da chapa de aço compósi- ta de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, compreende os seguintes elemen- tos químicos em porcentagem em massa:
[0028] C: 1,30-1,80% em peso; Si: 0,20-1,50% em peso; Mn: 16,00-25,00% em peso; Cr: 0,01-3,00% em peso; Mo: 0,01-1,00% em peso; Ti: < 0,060%; Al: 0,010-0,080% em peso; e o restante de Fe e outras impurezas inevitáveis.
[0029] O princípio para projetar os vários elementos químicos da camada compósita da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divul- gação, é descrito a seguir:
[0030] C: Carbono é o elemento mais básico e importante em aço resistente ao desgaste. A resistência e a dureza do aço são melhora- das pelo endurecimento por solução sólida e pelo endurecimento por precipitação. A porcentagem em massa de carbono na camada com- pósita da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é con- trolada na faixa de 1,30 a 1,80%.
[0031] Si: Uma quantidade apropriada de silício é um desoxidante benéfico no aço. Ele pode ser combinado com cálcio e alumínio no aço para formar inclusões de silicato de cálcio / alumínio que podem flutuar facilmente para aumentar a pureza do aço. Silício é dissolvido em so- lução sólida em ferrita e austenita para aumentar sua dureza e resis- tência. No entanto, quando a porcentagem em massa de silício é alta demais, isso leva a um declínio acentuado na tenacidade do aço. As- sim, a porcentagem em massa de Si na camada compósita da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,20 a 1,50%.
[0032] Mn: Manganês melhora o encruamento do aço. É um ele- mento chave para a formação da estrutura de austenita. A porcenta- gem em massa de Mn na camada compósita da chapa de aço compó- sita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 16,00- 25,00%.
[0033] Cr: Cromo pode melhorar o encruamento do aço e aumen- tar a resistência e dureza do aço. O cromo pode impedir ou retardar a precipitação e agregação de carbonetos durante o revenimento, o que pode melhorar a resistência ao revenimento do aço. Assim, a porcen- tagem em massa de Cr na camada compósita da chapa de aço com- pósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,01 a 3,00%.
[0034] Mo: Molibdênio pode refinar os grãos e melhorar a resistên- cia e tenacidade. Ao mesmo tempo, o molibdênio é um elemento que reduz a fragilidade por revenimento e pode melhorar a resistência ao revenimento. Portanto, a porcentagem em massa de Mo na camada compósita da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,01 a 1,00%.
[0035] Ti: Titânio é um dos elementos fortes de formação de car- boneto e combina-se com o carbono para formar partículas finas de TiC. As partículas de TiC são pequenas e são distribuídas nos limites dos grãos, de modo a obter o efeito de refinar os grãos. Partículas de TiC relativamente rígidas melhoram a resistência ao desgaste do aço. Assim, a porcentagem em massa de Ti na camada compósita da cha- pa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de Tis0,060%.
[0036] Al: Alumínio e nitrogênio no aço podem formar partículas finas insolúveis de AIN e refinar grãos de aço. O alumínio pode refinar os grãos de aço, imobilizar nitrogênio e oxigênio no aço, reduzir a sen- sibilidade ao entalhe do aço, aliviar ou eliminar o fenômeno de enve- lhecimento do aço e melhorar a tenacidade do aço. Assim, a porcenta- gem em massa de Al na camada compósita da chapa de aço compósi- ta de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é controlada na faixa de 0,010 a 0,080%.
[0037] Além disso, deve-se notar que impurezas inevitáveis, como Pes, na camada compósita da chapa de aço compósita de alta resis- tência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a pre-
sente divulgação, são controladas da seguinte forma: P <0,030%; S <0,010%.
[0038] Além disso, a camada compósita na chapa de aço compósi- ta de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, é constituída de uma microestrutu- ra de austenita.
[0039] Além disso, a camada compósita na chapa de aço compósi- ta de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, tem uma resistência à tração de >2500MPa, um alongamento de 212%, uma dureza Brinell de =2170HB e uma Energia de impacto longitudinal Charpy com entalhe em U a - 40ºC de 240J.
[0040] Assim, outro objetivo da presente divulgação é fornecer um método para fabricar a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste acima. A chapa de aço com- pósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste ob- tida usando este método de fabricação tem alta resistência, alta dure- za, alta resistência ao desgaste e alta tenacidade. As propriedades, como um todo, da chapa de aço são excelentes.
[0041] Para alcançar o objetivo acima, é aqui fornecido um método para fabricar a chapa de aço compósita acima de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, compreendendo as etapas de: (1) preparação de uma placa da camada de substrato e uma placa da camada compósita; (2) montagem das placas; (3) Aquecimento: temperatura de aquecimento: 1150- 1250ºC, tempo de retenção: 1-3 horas; (4) Laminação do compósito: temperatura inicial de lamina- ção: 1120 - 1220ºC, temperatura final de laminação: 1050 - 1200ºC, sendo a taxa de redução controlada em 250%; e
(5) Resfriamento pós-laminação.
[0042] Na etapa (1) do método de fabricação da presente divulga- ção, a placa da camada de substrato e a placa da camada compósita podem ser preparadas por lingotamento contínuo ou lingotamento em molde . Em algumas modalidades preferidas, durante o lingotamento contínuo, a velocidade de lingotamento contínuo é controlada para ga- rantir que a velocidade de lingotamento contínuo seja < 1,0 m/min para alcançar o efeito de que a composição interna das placas vazadas se- ja homogênea e a qualidade da superfície seja superior. Em algumas outras modalidades, no caso de lingotamento em molde, um lingote de aço fundido precisa ser laminado em uma placa primariamente lami- nada, seguida de resfriamento a uma taxa lenta para evitar rachaduras causadas pela transformação de martensita.
[0043] Além disso, antes da montagem das placas, a placa da ca- mada de substrato e a placa da camada compósita podem ser pré- tratadas. Por exemplo, um processo mecânico pode ser usado para limpar as incrustações (scale) em uma única superfície de cada placa e, em seguida, as quatro bordas da superfície única que foi limpa po- dem ser chanfradas. As placas com superfícies limpas são posiciona- das com as superfícies limpas voltadas uma para a outra.
[0044] Na etapa (2) do método de fabricação de acordo com a presente divulgação, depois que as placas são pressionadas uma con- tra a outra, elas são unidas e seladas por soldagem, enquanto passa- gens de vácuo são deixadas nas laterais. Depois de seladas por sol- dagem, as placas compósitas montadas são evacuadas.
[0045] A temperatura de aquecimento usada na etapa (3) é contro- lada entre 1150ºC e 1250ºC pelo motivo de que essa temperatura de aquecimento permite que as partículas da segunda fase, como V (C, N), se dissolvam e Ti (C, N) se dissolvam parcialmente, de modo a ob- ter uma estrutura uniforme de austenita, garantindo ao mesmo tempo que os grãos de austenita não cresçam.
[0046] Além disso, além de controlar a temperatura de aquecimen- to e o tempo de retenção das placas na etapa (3) para garantir o su- cesso da laminação das placas, as temperaturas e taxa de redução no processo de laminação da etapa (4) são parâmetros importantes para garantir a forma e propriedades da chapa de aço, em que a temperatu- ra de início da laminação é controlada na faixa de 1120 - 1220ºCe a temperatura do final da laminação é controlada na faixa de 1050 - 1200ºC. Após a laminação, a chapa de aço é diretamente resfriada por água ou ar para obter uma estrutura uniforme.
[0047] Adicionalmente, na etapa (5) do método para fabricar a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resisten- te ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, resfriamento com água é usado para resfriar a chapa de aço compósita à tempera- tura ambiente - 300ºC com uma taxa de resfriamento de 210ºC/s.
[0048] Adicionalmente, na etapa (5) do método para fabricar a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resisten- te ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, o resfriamento a ar é usado para resfriar a chapa de aço compósita à temperatura am- biente, seguida pela etapa (6): têmpera offline.
[0049] Além disso, na etapa (6) do método para fabricar a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, a temperatura de têmpera é de 1050 a 1100ºC e o tempo de retenção é de (1,5 xt) min, em que t representa a espessura da chapa em mm.
[0050] Comparada com a técnica anterior, a chapa de aço compó- sita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, tem as seguintes características:
1. Em termos de composição química, a composição da camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência,
alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, compreende principalmente um teor médio a baixo de car- bono e teor médio a baixo. de elementos de liga. Os efeitos de refino e endurecimento de elementos de microliga, como Mn, Cr, Mo, Nb, Ti, são totalmente explorados para garantir que a chapa de aço compósita tenha propriedades abrangentes superiores.
2. Em termos do processo de produção, com a monta- gem/composição da camada de substrato (isto é, a camada de aço carbono) com a camada compósita (isto é, a camada de aço com manganês ultra alto) e pelo controle dos parâmetros do processo, par- ticularmente da temperatura do início da laminação, temperatura do final da laminação, taxa de redução e taxa de resfriamento, a solução técnica de acordo com a presente divulgação alcança melhoria no refi- namento da estrutura e efeito de endurecimento e reduz ainda mais os teores de carbono e elementos de liga, obtendo assim uma chapa de aço com excelentes propriedades mecânicas e excelente comporta- mento de soldagem. Além disso, o método de fabricação da presente divulgação tem as características de processo de produção curto, alta eficiência, economia de energia e baixo custo.
3. Em termos das propriedades do produto, na chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao des- gaste, de acordo com a presente divulgação, a camada de substrato tem alta resistência, alta dureza e alta tenacidade, sendo que as pro- priedades mecânicas da camada de substrato incluem: resistência à tração 2 1200MPa, resistência ao escoamento 21000MPa, alongamen- to 214%, dureza Brinell 2400HB e energia de impacto longitudinal Charpy com entalhe em V a -40ºC >260J; e as propriedades mecânicas da camada compósita incluem: dureza 2170HB, resistência à tração >2500MPa, alongamento 212% e energia de impacto longitudinal Char- py com entalhe em U a -40ºC > 40J.
4. Em termos da microestrutura, explorando completamente a adição dos elementos de liga e controlando as condições do proces- So, martensita + austenita residual é obtida na camada de substrato da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resisten- te ao desgaste, de acordo com a presente divulgação, e uma estrutura de austenita é obtida na camada compósita. Devido à grande diferen- ça na composição entre a camada de substrato e a camada compósi- ta, novos compostos de C, Mn, Cr e Mo são produzidos na interface de composição durante o aquecimento, laminação e tratamento térmico da placa, o que é benéfico para melhorar a resistência, dureza e resis- tência ao desgaste da chapa de aço e ajuda a melhorar a resistência de ligação da camada de substrato com a camada compósita.
5. Com um sistema de composição apropriado e um pro- cesso adequado, incluindo aquecimento, laminação e tratamento tér- mico, são aproveitadas totalmente as vantagens da camada de subs- trato (isto é, da camada de aço carbono) e da camada compósita (isto é, da camada de aço de manganês ultra-alto) da chapa de aço com- pósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste da presente divulgação: devido à resistência e tenacidade ultra altas da camada de aço carbono, deformação da chapa de aço, como um todo, é evitada quando a camada de aço de manganês ultra-alto é submeti- da a impacto e encruamento; e a resistência ultra alta ao desgaste da camada de aço de manganês ultra-alto pode ser totalmente utilizada, o que é muito benéfico para aplicações práticas.
[0051] Em resumo, a chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste da presente divulgação pos- sui vantagens óbvias. A chapa de aço obtida controlando os teores de carbono e elementos de liga e cada processo de tratamento térmico tem baixo custo, processo simples, alta dureza, boa tenacidade a bai- xa temperatura e alta resistência ao desgaste. É adequada para peças fáceis de usar em vários tipos de equipamentos mecânicos. Descrição detalhada
[0052] A chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste e o método de fabricação da mesma de acordo com a divulgação serão explicados e ilustrados com referência a exemplos específicos. No entanto, a explicação e a ilustração não pretendem limitar indevidamente a solução técnica da divulgação. Exemplos 1-10:
[0053] A Tabela 1-1 e a Tabela 1-2 listam a porcentagem em mas- sa de cada elemento químico nas camadas de substrato das chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste dos Exemplos 1-10.
[0054] Exemplos 1-10: Tabela 1-1. (% em peso, o restante é Fe e outras impurezas inevitáveis exceto S, PP, NHe O) EEEF Ee N Mess : " ss om om Tr Jem Tem dos fo T6or veres ssa resta
Tabela 1-2. (% em peso, o restante é Fe e outras impurezas inevitáveis exceto S, PP, NHe O) Cs ya Ts no [A |ermeos [Ms A | [5x6 [0088 | 0557 [ 0886 [ 6555 [005 mst amas ame] om o Tom
Ê [axo [061 | 0007] 00% | 0090 [ 0002 [00020 [one [o0na] os | os Toma]
[0055] A Tabela 2 lista a porcentagem em massa de cada elemento químico nas camadas compósitas das chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste dos Exemplos 1-10. Tabela 2. (% em massa, o restante é Fe e outras impurezas inevitáveis exceto S e P) Nm pos pm je | eta | oas dz joera Joow 09,001 | 0.059 xa nes | jose dans joom oom 0.012 [0.051 os qa o jeas 16 oo [oo 0,001 [0.015 ea as | oa das jloora om 09,001 | 0.026 xs ns | joss do oem Joom 0011 [0.058 8 exe qnss | oa jo ooo oow 0,001 [0.041 * ez qe o jogt [245 [09009 [00% 0.015 | 0.02! ex nes | joas das jloota 1oo% 0,001 [0.041 eo zo jo ja oco 1oom 0.001 [0.01 [exito 8 | joss j18 jootm jooos 0.056
[0056] As chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tena- cidade e resistente ao desgaste dos Exemplos 1-10 foram preparadas usando as seguintes etapas:
[0057] (1) Fundição de acordo com as Tabelas 1-1, 1-2 e 2 para obter placas da camada de substrato e placas da camada compósita;
[0058] (2) Montagem das placas;
[0059] (3) Aquecimento: temperatura de aquecimento: 1150- 1250ºC, tempo de retenção: 1-3 horas;
[0060] (4) Laminação do compósito: temperatura inicial de lamina- ção: 1120 - 1220ºC, temperatura final de laminação: 1050 - 1200ºC, sendo a taxa de redução controlada em 250%; e
[0061] (5) Resfriamento pós-laminação.
[0062] Deve-se notar que quando resfriamento com água foi usado na etapa (5), as chapas foram resfriadas à temperatura ambiente - 300ºC com uma taxa de resfriamento de 210ºC/s; se as chapas foram resfriadas por resfriamento a ar à temperatura ambiente na etapa (5), esta teve de ser seguida por uma etapa (6): têmpera off-line, em que a temperatura de têmpera foi de 1050 a 1100ºC e o tempo de retenção foi de (1,5 x t ) min, onde t representou a espessura da chapa de aço em mm.
[0063] A Tabela 3 lista os parâmetros específicos de processo em cada etapa para as chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste dos Exemplos 1-10.
Tabela 3
EO | aa rs ma E maca Taxa de redução (%) (ºC) (h) ção (ºC) laminação (ºC) o pr pa eo e Ps Bro Rs " per o po eo per fre
Tabela 3 -continuação- [| Temer arame ementa Espessura da chapa de aço (mm) renas ananto — Tarso so ramo netenpunraa E Em cer s > '
[0064] As chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistentes ao desgaste dos Exemplos 1-10 foram amostradas para testes de propriedades mecânicas. Os resultados dos testes estão listados na Tabela 4 e Tabela 5.
[0065] A Tabela 4 lista os parâmetros de propriedades mecânicas das camadas de substrato nas chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistentes ao desgaste dos Exemplos 1-10.
Tabela 4 Dureza nal Charpy com entalhe em V EE o Em (MPa) (MPa) (%) O) y '
[0066] A Tabela 5 lista os parâmetros de propriedades mecânicas das camadas compósitas nas chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistentes ao desgaste dos Exemplos 1-10.
Tabela 5 | Dureza Energia de impacto longitudinal (MPa) (MPa) (%) O) sa es fr e gw [es ao fe a gg se fe es a Tg a 7 as e e Rg es ss so fe e gw [sto fa as as e a
[0067] Como mostrado nas Tabelas 4 e 5, nas chapas de aço compósitas de alta resistência, alta tenacidade e resistentes ao des- gaste dos vários Exemplos de acordo com a presente divulgação, a camada de substrato tem alta resistência, alta dureza e alta tenacida- de, sendo que as propriedades mecânicas da camada de substrato incluem: resistência à tração 21200MPa, resistência ao escoamento 21000MPa, alongamento 214%, dureza Brinell 2400HB e energia de impacto longitudinal Charpy com entalhe em V a -40ºC >260J; e as pro- priedades mecânicas da camada compósita incluem: dureza 2170HB, resistência à tração 2500MPa, alongamento 212% e energia de impac- to longitudinal Charpy com entalhe em U a -40ºC > 40J.
[0068] Deve-se notar que as partes da técnica anterior no escopo de proteção da presente divulgação não se limitam aos exemplos es- tabelecidos no presente pedido. Todo o conteúdo da técnica anterior que não seja contraditório com a solução técnica da presente divulga- ção, incluindo, entre outros, literatura de patente anterior, publicações anteriores, usos públicos anteriores e similares, pode ser incorporado ao escopo de proteção da presente divulgação.
[0069] Além disso, as maneiras pelas quais as várias características técnicas da presente divulgação são combinadas não se limitam às for- mas citadas nas reivindicações da presente divulgação ou às formas descritas nos exemplos específicos. Todas as características técnicas citadas na presente divulgação podem ser combinadas ou integradas livremente de qualquer maneira, a menos que resultem em contradições.
[0070] Deve-se notar também que os Exemplos estabelecidos acima são apenas exemplos específicos de acordo com a presente divulgação. Obviamente, a presente divulgação não está limitada aos exemplos acima. Variações ou modificações semelhantes feitas a elas podem ser diretamente derivadas ou facilmente contempladas a partir da presente divulgação pelos especialistas na técnica. Todos eles se enquadram no escopo de proteção da presente divulgação.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES
1. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, caracterizada pelo fato de que compre- ende uma camada de substrato e uma camada compósita composta em uma ou ambas as superfícies da camada de substrato, em que a camada de substrato é uma camada de aço carbono e a camada compósita é uma camada de aço de manganês ultra-alto, em que a camada compósita tem um teor de elemento Mn de 16,00 a 25,00% em peso.
2. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato que a camada de substrato compreende os se- guintes elementos químicos em porcentagem em massa: C: 0,10-0,25% em peso; Si: 0,10-1,00% em peso; Mn: 0,40- 2,00% em peso; Cr: 0,01-2,00% em peso; Mo: 0,01-1,00% em peso; Ni: 0,01-2,00% em peso; Nb: 0,001-0,080% em peso; B: 0,0005- 0,0040% em peso; Al: 0,010-0,080% em peso; o restante sendo Fe e outras impurezas inevitáveis.
3. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato que a camada de substrato inclui adicionalmente pelo menos um dos seguintes elementos químicos: O <V<0,080% em peso e O <Ti<0,060 % em peso.
4. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato que os elementos químicos da camada de subs- trato satisfazem, adicionalmente, a pelo menos uma das condições: 0,20%<(Cr/5+Mn/6+50B)<0,55%, 0,10%<(Mo/3+Ni/5+2Nb)<$0,42% e 0,02%<(Al+Ti)<0,12%.
5. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci-
dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato que a camada de substrato compreende uma mi- croestrutura de martensita + austenita residual.
6.Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizada pelo fato que a camada de substrato tem uma resistência à tração de 21200MPa, uma resistência ao escoamento de >1000MPa, um alongamento de 214%, uma dureza Brinell de > 400HB e uma energia de impacto longitudinal Charpy com entalhe em V a -40ºC de > 60J.
7. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato que a camada compósita compreende os seguintes elementos químicos em porcentagem em massa: C: 1,30-1,80% em peso; Si: 0,20-1,50% em peso; Mn: 16,00-25,00% em peso; Cr: 0,01-3,00% em peso; Mo: 0,01-1,00% em peso; Ti: < 0,060%; Al: 0,010-0,080% em peso; o restante sendo Fe e outras impurezas inevitáveis.
8. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 7, ca- racterizada pelo fato que a camada compósita compreende uma mi- croestrutura de austenita.
9. Chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenaci- dade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 7, ca- racterizada pelo fato que a camada compósita tem uma resistência à tração de > 500 MPa, um alongamento de > 12%, uma dureza Brinell de > 170 HB e uma energia de impacto longitudinal Charpy com enta- lhe em U a -40ºC de > 40J.
10. Método para fabricação da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, como defini- da em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (1) preparação de uma placa da camada de substrato e uma placa da camada compósita; (2) montagem das placas; (3) Aquecimento: temperatura de aquecimento: 1150- 1250ºC, tempo de retenção: 1-3 horas; (4) Laminação do compósito (compounding rolling): tempe- ratura inicial de laminação: 1120 - 1220ºC, temperatura final de lami- nação: 1050 - 1200ºC, sendo a taxa de redução controlada em 2 50%; e (5) Resfriamento pós-laminação.
11. Método para fabricação da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato que o resfriamento com água é usado na etapa (5) para resfriar a chapa de aço compósita à temperatura ambiente - 300ºC com uma taxa de resfriamento de 210ºC/s.
12. Método para fabricação da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato que o resfriamento a ar é usado na etapa (5) para resfriar a chapa de aço compósita à tempe- ratura ambiente, seguida pela etapa (6) : têmpera offline.
13. Método para fabricação da chapa de aço compósita de alta resistência, alta tenacidade e resistente ao desgaste, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato que, na etapa (6), a temperatura de têmpera é de 1050 a 1100ºC e o tempo de retençãoé de (1,5 x t ) min, em que t representa a espessura da chapa em mm.
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