BR112020011210A2

BR112020011210A2 - aço com alto teor de manganês (mn) e método para fabricação do mesmo

Info

Publication number: BR112020011210A2
Application number: BR112020011210-0A
Authority: BR
Inventors: Koichi Nakashima; Keiji Ueda; Shigeki Kitsuya; Ryo Arao; Daichi Izumi; Satoshi Igi; Tomohiro Ono
Original assignee: Jfe Steel Corporation
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-11-17
Also published as: CN111433381B; JPWO2019112012A1; CN111433381A; EP3722448A1; KR102405388B1; EP3722448A4; BR112020011210B1; EP3722448B1; PH12020550830A1; US20210164067A1; KR20200088469A; SG11202005101PA; WO2019112012A1; JP6590117B1; MY192536A

Abstract

Fornecido é um aço com alto teor de manganês (Mn), que não apenas possui alta resistência e excelente tenacidade a baixas temperaturas, mas também possui excelente propriedade de CTOD a baixas temperaturas. O aço com alto teor de Mn tem uma composição química que contém, em % em massa, C: 0,10% ou mais e 0,70% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 0,50% ou menos, Mn: 20% ou mais e 30% 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, Ni: 0,01% ou mais e menos que 0,1%, Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, O: 0,0050% ou menos, Ti: menos que 0,0050% e Nb: menos que 0,0050%, o equilíbrio consistindo em Fe e impurezas inevitáveis, e uma microestrutura tendo austenita como fase base, onde a austenita tem um tamanho de grão de 1 µm ou mais e um desvio padrão de 9 µm ou menos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “AÇO COM ALTO TEOR DE MANGANÊS (MN) E MÉTODO PARA FABRI- CAÇÃO DO MESMO”.

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta descrição refere-se a um aço com alto teor de Mn adequado para uma estrutura usada em ambientes criogênicos, como um tanque para armazenamento de gás liquefeito, e um método para fabricar o mesmo.

ANTECEDENTE

[002] Uma estrutura para armazenamento de gás liquefeito é usada em temperaturas criogênicas. Portanto, é necessário que uma chapa de aço usada para esse tipo de estrutura tenha não apenas alta resistência, mas também excelente tenacidade em temperaturas crio- gênicas. Por exemplo, quando uma chapa de aço laminada a quente é usada para armazenamento de gás natural liquefeito, é necessário ga- rantir uma excelente tenacidade a uma temperatura de -164 °C, que é o ponto de ebulição do gás natural liquefeito, ou inferior. Se a tenaci- dade à baixa temperatura do material de aço for inferior, a segurança como estrutura para armazenamento criogênico pode não ser mantida. Portanto, há uma forte demanda por melhorar a tenacidade à baixa temperatura do material de aço aplicado.

[003] Em resposta a essa demanda, convencionalmente foram utilizados aço inoxidável austenítico, aço Ni a 9 % e liga de alumínio da série 5000, onde austenita, que não exibe fragilidade em tempera- turas criogênicas, é a principal estrutura da chapa de aço. No entanto, devido ao alto custo da liga e ao custo de fabricação, existe um desejo de um material de aço barato, mas com excelente resistência à baixa temperatura.

[004] JP 2016-84529 A (PTL 1) e JP 2016-196703 A (PTL 2) pro- põem o uso de um aço com alto teor de Mn contendo uma grande quantidade de Mn, que é um elemento estabilizador de austenita rela- tivamente barato, como um aço estrutural em ambientes criogênicos, como um novo material de aço para substituir os aços criogênicos convencionais.

[005] Ou seja, a PTL 1 propõe o controle da cobertura de carbo- neto dos limites dos grãos de cristal de austenita e a PTL 2 propõe o controle do tamanho dos grãos de cristal de austenita por um revesti- mento de carboneto, além da adição de Mg, Ca e REM.

LISTA DE CITAÇÕES Literatura de Patente PTL 1: JP 2016-84529 A PTL 2: JP 2016-196703 A

SUMÁRIO Problema Técnico

[006] No entanto, em aplicações como tanques para armazena- mento de gás liquefeito, é necessário ter excelente resistência à fratu- ra sob condições severas de fratura nas quais uma rachadura inicial se torna mais nítida, especificamente, excelente propriedade de CTOD a baixas temperaturas do ponto de vista de garantir a segurança dos tanques. Embora a PTL 1 e a PTL 2 descritas acima avaliem a tenaci- dade à baixa temperatura por um teste de impacto de Charpy, elas não garantem uma excelente propriedade de CTOD.

[007] Assim, poderia ser útil fornecer um aço com alto teor de Mn que não apenas tenha alta resistência e excelente tenacidade a baixas temperaturas, mas também tenha excelente propriedade de CTOD a baixas temperaturas. Quando aqui usado, a "alta resistência" significa que o limite de escoamento é de 400 MPa ou mais, a "excelente tena- cidade à baixa temperatura" significa que a energia absorvida vE-196 de um teste de impacto de Charpy a -196 °C é 100 J ou mais, e a “ex- celente propriedade de CTOD a baixas temperaturas” significa que o valor de CTOD a -165°C é de 0,25 mm ou mais. Solução para o problema

[008] Realizaram uma extensa pesquisa sobre métodos para re- solver o problema em relação aos aços com alto teor de Mn. Como resultado, encontraram o seguinte a a b. a. Os aços com alto teor de Mn não desenvolvem fraturas quebradiças mesmo em temperaturas criogênicas e, se ocorrer uma fratura, ela é gerada a partir dos limites dos grãos de cristal. Portanto, para melhorar a resistência à fratura de aços com alto teor de Mn, é eficaz regular o tamanho dos grãos de cristal, antecipando a redução da área dos limi- tes dos grãos de cristal que são o ponto de partida das fraturas. b. Além disso, realizar a homogeneização em conjunto com a regula- ção acima do tamanho dos grãos de cristal é mais eficaz para melho- rar a resistência à fratura de aços com alto teor de Mn. c. Como meio para alcançar os itens a e b acima, é apropriado execu- tar laminação a quente e resfriamento sob condições de fabricação apropriadas.

[009] A presente descrição é baseada nas descobertas mencio- nadas e em estudos adicionais. Assim, forneceram o seguinte.

1. Aço com alto teor de Mn, compreendendo uma composição química contendo (consistindo em) em % em massa, C: 0,10% ou mais e 0,70% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 0,50% ou menos, Mn: 20% ou mais e 30% 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, Ni: 0,01% ou mais e menos de 0,1%,

Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, O: 0,0050% ou menos, Ti: menos de 0,0050%, e Nb: menos de 0,0050%, o equilíbrio consistindo em Fe e impurezas inevitáveis, e uma microestrutura com austenita como fase base, em que a austenita tem um tamanho de grão de 1 µm ou mais e um desvio padrão de 9 µm ou menos.

2. Aço com alto teor de Mn, de acordo com o item 1 acima, em que a composição química contém ainda, em % em massa, pelo menos um selecionado do grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos.

3. Um método para fabricar um aço com alto teor de Mn, compreendendo o aquecimento de um material de aço com a compo- sição química de acordo com os itens 1. ou 2. acima, para uma faixa de temperatura de 1100°C ou mais e 1300°C ou menos, submetendo o material de aço à laminação a quente, onde a temperatura final de la- minação é de 750°C ou mais e menos de 950°C e uma redução média de laminação para uma passagem é de 9% ou mais e, em seguida, submeter o material laminado a quente ao resfriamento, onde a taxa média de resfriamento de uma temperatura de (temperatura de aca- bamento de laminação -100°C) ou superior a uma faixa de temperatu- ra de 300°C ou mais e 650°C ou menos é de 1,0°C/s ou mais.

Efeito Vantajoso

[010] De acordo com a presente descrição, é possível fornecer um aço com alto teor de Mn com excelente propriedade de CTOD e tenacidade à baixa temperatura, especialmente em temperaturas crio- gênicas. Portanto, usando o aço com alto teor de Mn da presente des- crição, é possível obter uma melhoria na segurança e na vida do pro- duto de uma estrutura de aço usada em ambientes criogênicos, como um tanque para armazenamento de gás liquefeito, que exibe efeitos industriais notáveis.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[011] A seguir, descreveram o aço com alto teor de Mn da pre- sente descrição em detalhes. Composição química

[012] Primeiro, a composição química do aço com alto teor de Mn da presente descrição e as razões para a limitação serão descritas. Observe que a unidade “%” de cada componente é “massa”, a menos que especificado de outra forma. C: 0,10% ou mais e 0,70% ou menos

[013] C é um elemento estabilizador de austenita barato e é um elemento importante na obtenção de austenita. Para obter esse efeito, o conteúdo C precisa ser 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de C excede 0,70%, os carbonetos de Cr são excessivamente forma- dos e a tenacidade à baixa temperatura é deteriorada. Portanto, o teor de C é 0,10% ou mais e 0,70% ou menos. O teor de C é de preferên- cia 0,20% ou mais. O teor de C é de preferência 0,60% ou menos. Si: 0,05% ou mais e 0,50% ou menos

[014] Si é um elemento que atua como um material desoxidante. Não é apenas necessário para a produção de aço, mas também se dissolve no aço para aumentar a resistência de uma chapa de aço através do fortalecimento sólido da solução. Para obter esses efeitos,

o teor de Si precisa ser 0,05% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Si excede 0,50%, a soldabilidade é deteriorada e a tenacidade à baixa temperatura, especialmente a tenacidade em temperaturas crio- gênicas, é reduzida. Portanto, o teor de Si é 0,05% ou mais e 0,50% ou menos. O teor de Si é de preferência 0,07% ou mais e 0,50% ou menos. Mn: 20% ou mais e 30% ou menos

[015] Mn é um elemento estabilizador de austenita relativamente barato. Mn é um elemento importante para a presente descrição para atingir tanto a resistência quanto a tenacidade em temperaturas crio- gênicas. Para obter esse efeito, o teor de Mn precisa ser 20% ou mais. Por outro lado, quando o teor excede 30%, o efeito de melhorar a te- nacidade à baixa temperatura satura, levando a um aumento no custo da liga. Além disso, a soldabilidade e a capacidade de corte se deterio- ram. Além disso, promove a segregação e promove a ocorrência de trincas por corrosão sob tensão. Portanto, o teor de Mn é 20% ou mais e 30% ou menos. O teor de Mn é de preferência 23% ou mais. O teor de Mn é de preferência 28% ou menos. P: 0,030% ou menos

[016] Quando P está contido acima de 0,030%, ele segrega nos limites dos grãos e se torna um ponto de partida das trincas por corro- são sob tensão. Portanto, o limite superior é definido como 0,030%, e o teor de P é desejável o mais baixo possível. Assim, o teor de P é 0,030% ou menos. Observe que o teor de P é desejável 0,002% ou mais, porque a redução excessiva do teor de P aumenta o custo de refino e é economicamente desvantajosa. O teor de P é de preferência 0,005% ou mais. O teor de P é de preferência 0,028% ou menos. O teor de P é mais preferivelmente 0,024% ou menos. S: 0,0070% ou menos

[017] S é um elemento que deteriora a dureza à baixa temperatu-

ra e a ductilidade dos metais base. Portanto, o limite superior é defini- do como 0,0070% e o teor de S é desejável o mais baixo possível. As- sim, o teor de S é 0,0070% ou menos. Observe que o teor de S é de- sejável 0,001% ou mais, porque a redução excessiva de teor de S au- menta o custo de refino e é economicamente desvantajosa. O teor de S é de preferência 0,0020% ou mais. O teor de S é de preferência 0,0060% ou menos. Al: 0,01% ou mais e 0,07% ou menos

[018] Al atua como um desoxidante e é mais comumente usado em um processo de desoxidação de aço fundido de uma chapa de aço. Para obter esse efeito, o teor de Al precisa ser 0,01% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Al excede 0,07%, o Al é misturado em uma parte de metal de solda durante a soldagem e deteriora a te- nacidade do metal de solda. Portanto, o teor de Al é 0,07% ou menos. Assim, o teor de Al é 0,01% ou mais e 0,07% ou menos. O teor de Al é de preferência 0,02% ou mais. O teor de Al é de preferência 0,06% ou menos. Cr: 0,5% ou mais e 7,0% ou menos

[019] O Cr é um elemento que estabiliza a austenita quando adi- cionado em uma quantidade apropriada e é um elemento eficaz para melhorar a tenacidade à baixa temperatura e a resistência do metal base. Para obter esses efeitos, o teor de Cr precisa ser de 0,5% ou mais. Por outro lado, quando o teor excede 7,0%, a tenacidade à baixa temperatura e a resistência a trincas por corrosão sob tensão são de- terioradas devido à formação de carbonetos de Cr. Portanto, o teor de Cr é de 0,5% ou mais e 7,0% ou menos. O teor de Cr é de preferência 1,0% ou mais. O teor de Cr é de preferência 6,7% ou menos. O teor de Cr é mais preferivelmente 1,2% ou mais. O teor de Cr é mais preferi- velmente 6,5% ou menos. Para melhorar ainda mais a resistência a trincas por corrosão sob tensão, o teor é ainda mais preferivelmente

2,0% ou mais e 6,0% ou menos. Ni: 0,01% ou mais e menos que 0,1%

[020] O Ni tem o efeito de melhorar a resistência à baixa tempe- ratura. No entanto, minimizar o custo de liga necessário é um ponto de vista importante ao projetar a composição da presente descrição e, desse ponto de vista, o teor de Ni é 0,01% ou mais e menor que 0,1%. Exemplos de aços austeníticos com excelente tenacidade a baixas temperaturas incluem aços inoxidáveis como SUS304 e SUS316. No entanto, uma grande quantidade de Ni é adicionada nesses aços para otimizar o equivalente de Ni e o Cr como um projeto de liga para obter uma estrutura austenítica. Comparada com esses aços, a presente descrição é um material austenítico cujo preço é reduzido pela minimi- zação do Ni necessário. Observe que a minimização do Ni necessário é realizada otimizando a quantidade de adição de Mn. O teor de Ni é de preferência 0,03% ou mais. O teor de Ni é de preferência 0,07% ou menos. Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos

[021] O Ca melhora a ductilidade, a tenacidade e a resistência a trincas por corrosão sob estresse por sulfeto, controlando a morfologia das inclusões descritas abaixo. Além disso, o Ca suprime a deteriora- ção da ductilidade a quente e é eficaz na redução da ocorrência de trincas no aço fundido. Para obter esses efeitos, o teor de Ca precisa ser 0,0005% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ca excede 0,0050%, a ductilidade, tenacidade e resistência a trincas por corrosão por estresse com sulfeto podem ser bastante deterioradas e o efeito de suprimir a deterioração da ductilidade a quente pode saturar. Por- tanto, o teor de Ca é 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos. O teor de Ca é de preferência 0,0010% ou mais. O teor de Ca é de preferência 0,0045% ou menos. N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos

[022] N é um elemento estabilizador de austenita e é um elemen- to eficaz para melhorar a resistência a baixas temperaturas. Para obter esses efeitos, o teor de N precisa ser 0,0050% ou mais. Por outro la- do, quando o teor excede 0,0500%, nitretos ou carbonitretos ficam mais grossos e a tenacidade é deteriorada. Portanto, o teor de N é 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos. O teor de N é de preferência 0,0060% ou mais. O teor de N é de preferência 0,0400% ou menos. O: 0,0050% ou menos

[023] O deteriora a tenacidade à baixa temperatura devido à for- mação de óxidos. Portanto, o conteúdo O está na faixa de 0,0050% ou menos. O teor de O é de preferência 0,0045% ou menos. Observe que o teor de O é desejável 0,0003% ou mais, porque a redução excessiva de teor de O aumenta o custo de refino e é economicamente desvan- tajosa.

[024] Teores de Ti e Nb, cada um suprimido para menos de 0,005%

[025] Ti e Nb formam carbonitretos de alto ponto de fusão no aço e suprimem o engrossamento dos grãos de cristal e, como resultado, tornam-se um ponto de partida para fraturas e caminho de propagação de trincas. Em particular, eles impedem o controle da microestrutura para melhorar a resistência a baixas temperaturas e melhorar a ductili- dade no aço com alto teor de Mn. Portanto, o teor de Ti e Nb deve ser suprimido intencionalmente. Ou seja, Ti e Nb são componentes inevi- tavelmente misturados a partir de matérias-primas e similares, e ge- ralmente são misturados nas faixas de Ti: 0,005% a 0,010% e Nb: 0,005% a 0,010%. Portanto, é necessário evitar a inevitável mistura de Ti e Nb e suprimir o teor de cada um de Ti e Nb para menos de 0,005%, de acordo com o método descrito abaixo. Ao suprimir o teor de cada Ti e Nb para menos de 0,005%, é possível eliminar os efeitos adversos acima mencionados dos carbonitretos e garantir excelente tenacidade e ductilidade à baixa temperatura. O teor de Ti e Nb é de preferência 0,003% ou menos.

[026] O equilíbrio diferente dos componentes essenciais acima mencionados é ferro e impurezas inevitáveis. Exemplos de impurezas inevitáveis aqui incluem H, e um total de 0,01% ou menos é aceitável.

[027] A fim de melhorar ainda mais a resistência e a tenacidade a baixas temperaturas, os seguintes elementos podem estar contidos conforme necessário, além dos componentes acima essenciais na presente descrição.

[028] Pelo menos um dentre Cu: 1,0% ou menos, Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Mg: 0,0005% a 0,0050% ou REM: 0,0010% a 0,0200% Cu: 1,0 % ou menos, Mo, V, W: cada 2,0% ou menos Cu, Mo, V e W contribuem para a estabilização da austenita e para a melhoria da resistência do metal base. Para obter esses efei- tos, o teor de Cu, Mo, V e W é de preferência 0,001% ou mais. Por ou- tro lado, quando o teor de Cu excede 1,0% e o teor de Mo, V e W ex- cede 2,0%, formam-se carbonitretos grossos, que podem ser o ponto de partida das fraturas, e o custo de fabricação também aumenta. Por- tanto, quando esses elementos de liga estão contidos, o teor é de 1,0% ou menos para Cu e 2,0% ou menos para Mo, V e W. O teor é de preferência 0,003% ou mais. Além disso, o teor de Mo, V e W é de preferência 1,7% ou menos. O teor de Mo, V e W é mais preferivel- mente 1,5% ou menos. Mg: 0,0005% a 0,0050%, e REM: 0,0010% a 0,0200% Mg e REM são elementos úteis para controlar a morfologia das inclusões e podem ser contidos conforme necessário. Controlar a morfologia das inclusões significa transformar inclusões expandidas à base de sulfeto em inclusões granulares. Ao controlar a morfologia das inclusões, a ductilidade, tenacidade e resistência a trincas por corro-

são sob estresse por sulfeto são melhoradas. Para obter esses efeitos, o teor de Ca e Mg é de preferência 0,0005% ou mais, e o teor de REM é de preferência 0,0010% ou mais. Por outro lado, quando qualquer um desses elementos está contido em grande quantidade, a quantida- de de inclusões não metálicas aumenta e a ductilidade, tenacidade e resistência a trincas por corrosão por estresse com sulfeto pode ser deteriorada. Além disso, pode ser economicamente desvantajoso. Por- tanto, quando o Mg está contido, o teor é de 0,0005% a 0,0050%, e quando o REM está contido, o teor é de 0,0010% a 0,0200%. O teor de Mg é de preferência 0,0010% ou mais. O teor de Mg é de preferên- cia 0,0040% ou menos. O teor de REM é de preferência 0,0020% ou mais. O teor de REM é de preferência 0,0150% ou menos. Microestrutura Microestrutura com austenita como fase base

[029] Quando a estrutura cristalina de um material de aço é uma estrutura cúbica centralizada no corpo (cco), o material de aço não é adequado para uso em ambientes de baixa temperatura, pois pode causar fraturas quebradiças em ambientes de baixa temperatura. Con- siderando o uso em ambientes de baixa temperatura, a fase base do material de aço deve ser uma estrutura austenítica, onde a estrutura cristalina é uma estrutura cúbica centrada na face (fcc). Quando aqui usado, “austenita como fase base” significa que a fase de austenita tem uma taxa de área de 90% ou mais. O restante, exceto a fase aus- tenita, é uma fase de ferrita ou uma fase de martensita. Obviamente, a fase de austenita pode ser de 100%. Tamanho de grão de austenita: 1 µm ou mais

[030] Como o aço com alto teor de Mn possui uma microestrutura com austenita como fase base, fraturas quebradiças não ocorrem mesmo em temperaturas criogênicas e, se ocorrer uma fratura, é ge- rada a partir dos limites dos grãos de cristal. É vantajoso reduzir a área dos limites dos grãos de cristal, que são o ponto de partida das fratu- ras, para melhorar a resistência à fratura do aço com alto teor de Mn. Portanto, é importante que o tamanho do grão de austenita seja de 1 µm ou mais. Isso ocorre porque, quando o tamanho do grão é menor que 1 µm, aumenta a quantidade crescente de área limite do grão, o que aumenta o número de locais onde ocorrem as fraturas. É de prefe- rência 2 µm ou mais. Desvio padrão da austenita: 9 µm ou menos

[031] A realização da homogeneização em conjunto com a regu- lação do tamanho dos grãos de cristal é eficaz para melhorar ainda mais a resistência à fratura do aço com alto teor de Mn. Ou seja, em uma microestrutura de tamanho de grão misto, uma ampla distribuição de tamanho de grão de grãos de cristal grossos para grãos de cristal fino resulta na contenção de grãos de cristal de menos de 1 µm, e es- pecialmente quando o desvio padrão excede 9 µm, a tendência é no- tável. Portanto, é necessário evitar uma microestrutura de tamanho de grão misto com um desvio padrão de mais de 9 µm. Método de fabricação

[032] Durante a fabricação do aço com alto teor de Mn da pre- sente descrição, primeiro, o material de aço pode ser um aço fundido com a composição química descrita acima, obtida com um método de fundição conhecido, como um conversor ou um forno elétrico. Além disso, o refinamento secundário pode ser realizado em um forno de desgaseificação a vácuo. Naquele momento, para limitar Ti e Nb, que impedem o controle de uma microestrutura preferível, para as faixas descritas acima, é necessário evitar a inevitável mistura de matérias- primas e similares e tomar medidas para reduzir o conteúdo. Por exemplo, diminuindo a basicidade da escória no estágio de refino, es- sas ligas são concentradas e descarregadas na escória, o que reduz a concentração de Ti e Nb em um produto final de placa. Alternativamen-

te, um método de soprar oxigênio para oxidar o Ti e Nb e flutuar e se- parar a liga de Ti e Nb em refluxo também pode ser usado. Subse- quentemente, é preferível obter um material de aço, como uma placa com um tamanho predeterminado, com um método de fundição co- nhecido, como um método de fundição contínua ou um método de fundição de lingote. Também é aceitável submeter a placa após fundi- ção contínua à floração para obter um material de aço.

[033] A seguir, são especificadas as condições de fabricação pa- ra transformar o material de aço acima em um material de aço com excelente tenacidade à baixa temperatura. Temperatura de aquecimento do material de aço: 1100°C ou mais e 1300°C ou menos

[034] A temperatura de aquecimento antes da laminação a quen- te é de 1100°C ou mais para aumentar o tamanho do grão de cristal da microestrutura do material de aço. No entanto, quando a temperatura exceder 1300°C, a fusão parcial poderá começar. Portanto, o limite superior da temperatura de aquecimento é definido em 1300°C. O con- trole de temperatura aqui é baseado na temperatura da superfície do material de aço. Temperatura de acabamento de laminação: 750°C ou mais e menos de 950°C

[035] O material de aço (lingote ou placa de aço) é submetido à laminação a quente após o aquecimento. Para obter grãos de cristal grossos, é preferível aumentar a redução cumulativa de laminação a altas temperaturas. Ou seja, executar laminação a quente à baixa temperatura torna a microestrutura fina e causa tensão de trabalho ex- cessiva. Como resultado, a tenacidade à baixa temperatura é deterio- rada. Portanto, o limite inferior da temperatura de acabamento de la- minação é definido como 750°C. Por outro lado, quando a temperatura de acabamento está na faixa de 950°C ou mais, o tamanho do grão do cristal se torna excessivamente grosso, e não se pode obter um limite de escoamento desejado. Portanto, é necessário executar o acaba- mento final de uma ou mais passagens a uma temperatura inferior a 950°C. É de preferência 900°C ou menos. Redução média de laminação para uma passagem: 9% ou mais

[036] Durante a laminação a quente, para realizar a homogenei- zação do tamanho de grão de austenita e controlar o tamanho de grão de cristal para 1 µm ou mais, é eficaz promover a recristalização de austenita e é importante ter uma redução média de laminação para uma passagem de 9% ou mais durante a laminação a quente. É de preferência 11% ou mais.

[037] Taxa média de resfriamento de uma temperatura de (tem- peratura de acabamento de laminação -100°C) ou superior a uma faixa de temperatura de 300°C ou mais e 650°C ou menos: 1,0°C/s ou mais

[038] O resfriamento é realizado imediatamente após a lamina- ção a quente. Se a chapa de aço após a laminação a quente for resfri- ada lentamente, a formação de precipitados é promovida e a tenacida- de à baixa temperatura é deteriorada. A formação desses precipitados pode ser suprimida pelo resfriamento da chapa de aço a uma taxa de resfriamento de 1,0°C/s ou mais. O resfriamento excessivo distorce a chapa de aço e reduz a produtividade. Portanto, o limite superior da temperatura inicial de resfriamento é definido como 900°C. Pelas ra- zões acima expostas, no resfriamento após a laminação a quente, a taxa média de resfriamento na superfície da chapa de aço de uma temperatura de (temperatura de acabamento de laminação -100°C) ou superior a uma faixa de temperatura de 300°C ou mais e 650°C ou menos é 1,0°C/s ou mais. Por outro lado, do ponto de vista da produ- ção industrial, a taxa média de resfriamento é de preferência de 200°C/s ou menos.

EXEMPLOS

[039] A seguir, é fornecida uma explicação mais detalhada da presente descrição por meio de exemplos. No entanto, a presente descrição não se limita aos seguintes exemplos.

[040] As placas de aço que têm a composição química listada na Tabela 1 foram preparadas por um processo de refino com conversor e panela e fundição contínua. Em seguida, as placas de aço assim ob- tidas foram submetidas a desbastamento e laminação a quente nas condições listadas na Tabela 2 para obter chapas de aço com uma espessura de 10 a 30 mm. As chapas de aço assim obtidas foram submetidas a propriedades de tração, tenacidade e avaliação da mi- croestrutura como descrito abaixo. (1) Propriedade de teste de tração

[041] Uma peça de teste de tração JIS No. 5 foi coletada de cada chapa de aço assim obtida, e a peça de teste de tração foi submetida a um teste de tração de acordo com as disposições de JIS Z2241 (1998) para investigar a propriedade do teste de tração. Na presente descrição, um limite de escoamento de 400 MPa ou mais e uma resis- tência à tração de 800 MPa ou mais foram determinados como exce- lentes em propriedades de tração. Além disso, determinou-se que o alongamento de 40% ou mais era excelente em ductilidade. (2) Tenacidade à baixa temperatura

[042] Uma peça de teste de entalhe em V de Charpy foi coletada de uma direção paralela à direção de laminação, em uma posição a uma profundidade de um quarto da espessura da chapa da superfície de cada chapa de aço com uma espessura superior a 20 mm (a seguir denominada como “posição da espessura da chapa x 1/4”) ou uma po- sição a uma profundidade de metade da espessura da chapa de cada chapa de aço com espessura igual ou inferior a 20 mm (doravante de- nominada “posição da espessura da chapa x 1/2”) de acordo com as disposições de JIS Z2202 (1998). Três testes de impacto de Charpy foram realizados em cada chapa de aço, de acordo com as provisões de JIS Z2242 (1998) para determinar a energia absorvida a -196°C, avaliando a tenacidade do metal base. Na presente descrição, quando a média de três valores de energia absorvida (vE196) foi de 100 J ou mais, foi determinado que ele era excelente na resistência ao metal base. (3) Avaliação do valor de CTOD

[043] Uma peça de teste de CTOD foi coletada de uma direção paralela à direção de laminação na posição da espessura da folha x 1/2 da chapa de aço, e dois ou três testes foram realizados a -165°C para avaliar o valor médio. Na presente descrição, um valor de CTOD de 0,25 mm ou mais foi determinado como excelente na resistência à fratura. (4) Microestrutura

[044] A análise de difração por retrodispersão eletrônica (EBSD) foi realizada em uma seção transversal de L na posição da espessura da chapa x 1/4 da chapa de aço. Dois ou três campos visuais de 200 µm a 200 µm foram selecionados arbitrariamente e observados, e o valor mínimo do tamanho do grão de cristal de austenita em cada campo visual foi medido. Além disso, o desvio padrão do tamanho de grão de austenita foi avaliado a partir da distribuição da relação de área de cada tamanho de grão de cristal usando os resultados da aná- lise por EBSP. Todos os tamanhos de grão de cristal assim obtidos foram tomados como população, uma variação que é uma soma dos quadrados da diferença entre cada valor individual e o valor médio foi obtida e uma raiz quadrada da variação foi obtida para determinar o desvio padrão.

[045] Os resultados da avaliação assim obtidos estão listados na Tabela 3.

[046] Foi confirmado que o aço com alto teor de Mn da presente descrição satisfaz o desempenho desejado acima mencionado (o limi- te de escoamento do metal base é de 400 MPa ou mais, o valor médio da energia absorvida (vE-196) é de 100 J ou mais em relação à tena- cidade à baixa temperatura e o valor médio do valor de CTOD for 0,25 mm ou mais). Por outro lado, os Exemplos Comparativos, que estão fora do escopo da presente descrição, não satisfazem pelo menos um dos desempenhos desejados acima mencionados de limite de escoa- mento, tenacidade à baixa temperatura e valor de CTOD.

Tabela 1 Composição química (em massa) Aço No.

Observações C Si Mn P S Al Cr O N Nb Ti V Cu Ni Mo W Ca Mg REM

A 0,162 0,22 29,6 0,019 0,0049 0,055 4,52 0,0019 0,0176 0,001 0,001 - - 0,05 - - 0,0011 - - Exemplo

B 0,664 0,09 21,9 0,013 0,0051 0,031 2,66 0,0047 0,0385 0,002 0,001 - - 0,08 - - 0,0023 - - Exemplo

C 0,420 0,41 23,5 0,021 0,0035 0,029 4,46 0,0021 0,0233 0,003 0,002 - - 0,02 - - 0,0005 - - Exemplo

D 0,343 0,49 20,8 0,021 0,0066 0,041 3,24 0,0035 0,0189 0,001 0,003 0,07 - 0,03 0,46 - 0,0034 - - Exemplo

E 0,291 0,37 28,5 0,026 0,0025 0,064 1,78 0,0024 0,0237 0,002 0,001 - - 0,01 - 0,08 0,0042 - - Exemplo

F 0,459 0,28 26,7 0,016 0,0052 0,040 6,21 0,0047 0,0355 0,002 0,002 - - 0,05 - - 0,0021 - - Exemplo

Exemplo G 0,332 0,43 23,4 0,019 0,0050 0,052 2,44 0,0029 0,0194 0,003 0,001 - - 0,04 - - 0,0018 0,0016 -

H 0,402 0,22 20,6 0,021 0,0044 0,032 1,25 0,0039 0,0065 0,003 0,002 - - 0,09 - - 0,0011 - 0,0031 Exemplo

18/21 I 0,312 0,15 25,5 0,019 0,0030 0,044 5,42 0,0023 0,0145 0,004 0,001 - - 0,06 - - 0,0024 - - Exemplo

J 0,415 0,35 24,0 0,018 0,0032 0,031 4,13 0,0019 0,0206 0,001 0,002 - 0,58 0,05 - - 0,0028 - - Exemplo

K 0,590 0,35 26,4 0,014 0,0033 0,036 4,34 0,0016 0,0088 0,002 0,002 - - 0,07 - - 0,0031 - - Exemplo

Exemplo Comparativo L 0,929 0,40 20,1 0,028 0,0055 0,032 4,11 0,0042 0,0304 0,004 0,003 - - 0,03 - - - - -

Exemplo Comparativo M 0,105 0,03 24,4 0,022 0,0029 0,041 5,07 0,0031 0,0298 0,001 0,002 - - - - - 0,0002 - -

Exemplo Comparativo N 0,128 0,44 16,9 0,025 0,0049 0,038 2,10 0,0040 0,0463 0,002 0,002 - - 0,04 - - - - -

Exemplo Comparativo O 0,220 0,50 23,5 0,049 0,0067 0,042 0,93 0,0044 0,0321 0,001 0,001 - - 0,01 - - - - -

Exemplo Comparativo P 0,315 0,32 27,7 0,030 0,0091 0,025 1,35 0,0028 0,0059 0,001 0,003 - - 0,02 - - - - -

Exemplo Comparativo Q 0,498 0,29 23,9 0,018 0,0055 0,094 3,49 0,0029 0,0250 0,003 0,002 - - 0,15 - - - - -

Exemplo Comparativo R 0,287 0,44 26,5 0,015 0,0042 0,063 7,97 0,0037 0,0187 0,002 0,001 - - 0,02 - - - - -

Exemplo Comparativo S 0,433 0,43 26,1 0,025 0,0035 0,052 6,22 0,0079 0,0224 0,004 0,003 - - 0,03 - - 0,0061 - -

Exemplo Comparativo T 0,367 0,09 24,6 0,029 0,0048 0,024 3,27 0,0029 0,0755 0,002 0,001 - - 0,05 - - - - -

Tabela 2 Método de laminação a quente

Amostra Aço Redução de laminação Taxa de resfriamento até a faixa de Espessura da placa Temperatura de aqueci- Temperatura de acaba- Temperatura inicial de Observações No.

No. média para uma passa- 300C ou mais e mento da placa mento de laminação resfriamento gem 650C ou menos (mm) (C) (C) () (C) (C/s)

1 A 31 1180 857 11 830 9 Exemplo

2 B 25 1150 830 12 800 10 Exemplo

3 C 11 1160 785 14 730 12 Exemplo

4 D 20 1100 796 12 764 10 Exemplo

5 E 25 1130 855 12 825 10 Exemplo

6 F 14 1130 842 14 787 11 Exemplo

19/21 7 G 9 1250 883 15 819 16 Exemplo

8 H 10 1220 766 14 707 13 Exemplo

9 I 15 1150 826 13 770 3 Exemplo

10 J 30 1150 848 10 821 2 Exemplo

11 C 10 1100 758 14 708 12 Exemplo

12 J 12 1150 775 13 723 11 Exemplo

12 L 20 1250 779 10 747 9 Exemplo Comparativo

13 M 30 1250 890 11 863 8 Exemplo Comparativo

14 N 14 1120 825 13 770 12 Exemplo Comparativo

15 O 25 1120 858 11 828 10 Exemplo Comparativo

16 P 20 1180 807 11 764 5 Exemplo Comparativo

17 Q 10 1180 773 12 714 11 Exemplo Comparativo

18 R 20 1150 801 11 764 9 Exemplo Comparativo

19 S 15 1150 810 12 754 10 Exemplo Comparativo

20 T 30 1130 845 9 821 2 Exemplo Comparativo

21 C 12 1180 673 10 618 11 Exemplo Comparativo

22 D 19 1200 804 11 772 0,4 Exemplo Comparativo

23 A 31 1200 759 7 732 9 Exemplo Comparativo

24 E 25 1030 848 12 818 10 Exemplo Comparativo

25 D 10 1100 763 6 716 11 Exemplo Comparativo

26 B 25 1130 993 10 955 10 Exemplo Comparativo

Tabela 3

20/21 Valor mínimo do Desvio padrão do Energia absorvida a 196 Resistência à Resistência à tração tamanho do grão tamanho do grão Alongamento total C Valor de CTOD Amostra Aço deformação   (vE-196C) Observações No.

No. (m) (m) (MPa) (MPa) () (J) (mm)

1 A 5,2 7,6 418 850 69 133 0,41 Exemplo

2 B 3,4 7,4 554 941 58 118 0,39 Exemplo

3 C 2,6 5,7 566 969 62 123 0,36 Exemplo

4 D 2,9 7,1 559 952 55 115 0,36 Exemplo

5 E 5,5 7,3 489 886 64 138 0,42 Exemplo

6 F 6,1 6,2 453 854 67 139 0,44 Exemplo

7 G 5,9 4,9 418 936 62 126 0,44 Exemplo

8 H 3,1 5,5 512 968 61 104 0,37 Exemplo

9 I 5,7 6,6 447 849 66 131 0,43 Exemplo

10 J 4,8 7,8 407 847 69 136 0,40 Exemplo

11 C 1,9 5,4 575 978 58 115 0,36 Exemplo

12 J 2,8 5,8 557 952 63 124 0,37 Exemplo

12 L 2,3 7,9 622 970 51 58 0,21 Exemplo Comparativo

13 M 4,9 7,4 363 818 70 127 0,40 Exemplo Comparativo

14 N 5,5 6,8 443 868 68 36 0,17 Exemplo Comparativo

15 O 4,7 7,3 447 878 64 72 0,33 Exemplo Comparativo

16 P 4,8 7,5 529 940 59 79 0,36 Exemplo Comparativo

21/21 17 Q 2,9 6,1 502 957 61 89 0,37 Exemplo Comparativo

18 R 4,5 7,3 518 935 60 48 0,34 Exemplo Comparativo

19 S 5,2 6,8 455 850 67 83 0,40 Exemplo Comparativo

20 T 4,3 7,9 417 853 68 75 0,40 Exemplo Comparativo

21 C 1,7 6,5 667 1057 49 42 0,29 Exemplo Comparativo

22 D 2,5 7,3 547 943 56 67 0,34 Exemplo Comparativo

23 A 0,7 9,8 534 964 59 103 0,15 Exemplo Comparativo

24 E 3,5 7,4 476 875 63 69 0,36 Exemplo Comparativo

25 D 0,4 10,5 569 970 60 119 0,12 Exemplo Comparativo

26 B 4,9 7,5 375 795 70 112 0,37 Exemplo Comparativo

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço com alto teor de manganês (Mn), caracterizado pelo fato de que compreende uma composição química contendo, em % em massa, C: 0,10% ou mais e 0,70% ou menos, Si: 0,05% ou mais e 0,50% ou menos, Mn: 20% ou mais e 30% 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, Ni: 0,01% ou mais e menos de 0,1%, Ca: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, N: 0,0050% ou mais e 0,0500% ou menos, O: 0,0050% ou menos, Ti: menos de 0,0050%, e Nb: menos de 0,0050%, o equilíbrio constituído por Fe e impurezas inevitáveis, e uma microestrutura tendo austenita como fase base, onde a austenita tem um tamanho de grão de 1 µm ou mais e um desvio padrão de 9 µm ou menos.

2. Aço com alto teor de manganês (Mn), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição química contém ainda, em % em massa, pelo menos um selecionado do grupo que consiste em Cu: 1,0% ou menos, Mo: 2,0% ou menos, V: 2,0% ou menos, W: 2,0% ou menos, Mg: 0,0005% ou mais e 0,0050% ou menos, e

REM: 0,0010% ou mais e 0,0200% ou menos.

3. Método para fabricar um aço com alto teor de manganês (Mn), caracterizado pelo fato de que compreende o aquecimento de um material de aço tendo a composição química como definida na rei- vindicação 1 ou 2, para uma faixa de temperatura de 1100°C ou mais e 1300°C ou menos, em seguida submeter o material de aço à lamina- ção a quente, onde a temperatura de acabamento da laminação é 750°C ou mais e menos de 950°C e uma redução média da laminação para uma passagem é 9% ou mais e, em seguida, submeter o material laminado a quente ao resfriamento, onde a taxa média de resfriamento de uma temperatura de (temperatura de acabamento de laminação - 100°C) ou superior a uma faixa de temperatura de 300°C ou mais e 650°C ou menos é de 1,0°C/s ou mais.