BR112021008309A2

BR112021008309A2 - chapa de aço laminada a quente de alta resistência com elevada qualidade superficial e baixa relação de rendimento e método de produção da mesma

Info

Publication number: BR112021008309A2
Application number: BR112021008309-0A
Authority: BR
Inventors: Jiansu Zhang; Mingzhuo Bai; Houjun Pang; Zhaohui HU; Junshan Hua; Feng Yu; Ming Wang
Original assignee: Baoshan Iron & Steel Co., Ltd.
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-08-03
Also published as: CN109576581A; WO2020108595A1; DE112019005950T5

Abstract

CHAPA DE AÇO LAMINADA A QUENTE DE ALTA RESISTÊNCIA COM ELEVADA QUALIDADE SUPERFICIAL E BAIXA RELAÇÃO DE RENDIMENTO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DA MESMA. A presente invenção refere-se a chapa de aço de alta resistência laminada a quente com alta qualidade superficial e baixa relação de rendimento e um método de fabricação para o efeito. A chapa de aço é preparada a partir dos componentes em percentagem por peso: C: 0,045-0,085%; Si menor ou igual a 0,15%, Mn: 1,0-1,5%; P menor ou igual a 0,05%; S menor ou igual a 0,001%; Al: 0,5-2,0%; N menor ou igual a 0,0060%; Ti menor ou igual a 0,03%; B menor ou igual a 0,0005%; e o balanço de Fe e impurezas inevitáveis, onde Mn + 20C = 2,2-3,2%. A chapa de aço de alta resistência tem um processo simples de arrefecimento após laminagem a quente, desempenho uniforme, e boa forma da chapa. A chapa de aço de alta resistência tem boa trabalhabilidade a frio e desempenho de soldadura, baixo custo de produção, e boa qualidade superficial, e pode satisfazer os requisitos de aparência e revestimento de um chassis e rodas de automóvel.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CHAPA

DE AÇO LAMINADA A QUENTE DE ALTA RESISTÊNCIA COM

ELEVADA QUALIDADE SUPERFICIAL E BAIXA RELAÇÃO DE RENDIMENTO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DA MESMA”. Campo Técnico

[0001] A presente invenção refere-se a aço automóvel, e está par- ticularmente relacionada com uma chapa de aço laminada a quente de alta resistência com elevada qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, e um método de fabricação para a mesma, particular- mente adequado para peças exteriores de automóveis, tais como ro- das de automóveis, etc. Técnica Antecedente

[0002] Nos últimos anos, devido à crescente consciência ambien- tal dos seres humanos, tornou-se um apelo global comum para reduzir o consumo de combustível automóvel e reduzir as emissões de CO2. Entre várias medidas para alcançar este objetivo, a redução do peso dos automóveis é um meio muito eficaz. Esta tendência global e a ên- fase na segurança automóvel têm trazido exigências para uma varie- dade de novos materiais avançados de aço com alta resistência e boa processabilidade.

[0003] As chapas de aço laminadas a quente são utilizadas princi- palmente para chassis de automóveis, rodas, suspensões e peças cir- cundantes, e o seu peso representa pelo menos cerca de 25% do pe- so total da carroçaria do automóvel. Devido ao aumento da resistência, os fabricantes enfrentam uma pressão para aumentar a capacidade do equipamento utilizado na fabricação de muitas peças. Por conseguin- te, deseja-se obter um material com um baixo limite de elasticidade e uma elevada resistência à tração para fazer face ao conflito enfrentado pelos fabricantes. Além disso, muitas peças utilizadas nestas posições incluem peças externas, tais como rodas e peças revestidas que re-

querem uma boa revestibilidade na superfície da chapa de aço.

[0004] O tradicional aço bifásico tem uma estrutura de ferrite + martensita. Tem uma pluralidade de excelentes propriedades tais co- mo uma baixa taxa de rendimento, nenhuma plataforma de rendimen- to, uma elevada taxa de endurecimento no trabalho, elevada endure- cimento no forno, uma longa duração de fadiga, boa soldabilidade, etc. A fim de obter a estrutura desejada e boas propriedades, o Si é nor- malmente adicionado à composição para expandir a zona de formação de ferrite. Mas ao mesmo tempo, a adição de Si também resulta na formação de cristal de FeO-Fe2SiO4 na superfície da chapa de aço la- minada a quente. Este cristal não pode ser removido completamente durante a descalcificação, deixando falhas de bandas de "escala ver- melha" na superfície da chapa de aço ao longo do sentido de lamina- gem. Ver fig. 1. Portanto, há uma necessidade urgente de uma quali- dade de aço que tenha não só as vantagens únicas do aço bifásico, tais como uma baixa taxa de rendimento e uma elevada taxa de endu- recimento do trabalho, mas também uma elevada qualidade superfici- al, de modo a satisfazer os requisitos de aparência e revestimento de chassis e rodas de automóveis.

[0005] A Patente China Taiwan TWI300443B propõe um processo de fabricação de uma chapa de aço laminada a quente com uma com- posição de C 0,01-0,08%, Si<0,9%, Mn 0,5-1,6%, A1 1,2%, Cr 0,3- 1,2%, compreendendo duas fases de arrefecimento, em que na primei- ra fase, a chapa de aço é arrefecida a uma taxa de 2-15°C/s durante 8-40s a 730°C, e depois a chapa de aço é arrefecida a 300°C ou me- nos a uma taxa de arrefecimento de 20-150°C/s.

[0006] A patente alemã DE10327383C5 revela um método para produzir uma chapa de aço bifásica laminada a quente. A composição do aço é: 0,01-0,08% C, ≤0,9% Si, 0,5-1,9% Mn, ≤1,2% Al, 0,3- 1,2% Cr, e um balanço de Fe. A laminagem de acabamento começa a 50-

100°C sob A3, e depois a placa de aço é arrefecida a 30-150°C/s até à zona de ferrite, arrefecida durante 5 segundos, e depois arrefecida a 30-150°C/s até 300°C. Sumário

[0007] Um dos objetivos da presente revelação é fornecer uma chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma relação de rendimento baixa, e um método para a fabricação da mesma. Uma chapa de aço de alta resistência de pelo menos 590MPa pode ser produzida diretamente, utilizando simples- mente uma linha de produção comum de laminagem a quente, sem necessidade de tratamento térmico. Após a laminagem a quente, esta chapa de aço de alta resistência pode ser arrefecida com um processo simples. Tem propriedades uniformes, uma boa forma da chapa, boa trabalhabilidade a frio e soldabilidade, baixo custo de produção e boa qualidade de superfície. Pode satisfazer os requisitos de aparência e revestimento de chassis e rodas de automóveis. A "alta qualidade de superfície" mencionada na presente revelação significa que não existe qualquer falha na superfície em escala vermelha.

[0008] Para alcançar o objetivo acima referido, a solução técnica da presente revelação é a seguinte:

[0009] Uma chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma relação de rendimento baixa, em que a chapa de aço tem uma composição baseada na percentagem de massa: C 0,045-0,085%, Si≤0,15%, Mn 1,0-1,5%, P≤0,05%, S≤0,001%, Al 0,5-2,0%, N≤0,0060%, Ti≤0,03%, B≤0,0005%, e um ba- lanço de Fe e impurezas inevitáveis; e Mn+20C=2,2-3,2%.

[0010] A placa de aço de alta resistência laminada a quente da presente revelação tem uma estrutura de ferrite e martensite, em que a fração de volume de martensite é de 15-20%, e 80% ou mais de fer- rite tem uma relação de aspecto de ≤1,5.

[0011] A chapa de aço laminada a quente de alta resistência da presente revelação tem uma resistência à tração de ≥590MPa, de pre- ferência ≥600MPa; um alongamento de ≥20%, de preferência ≥24%; uma relação de rendimento de ≤0,6, de preferência ≤0,58. Em algumas concretizações, a resistência à tração da chapa de aço laminada a quente de alta resistência da presente revelação situa-se na faixa de 590-900 MPa.

[0012] No desenho composicional do aço de acordo com a presen- te revelação:

[0013] C: O carbono é utilizado para formar uma quantidade sufi- ciente da fase de reforço do carboneto para assegurar o grau de resis- tência do aço. Se o teor de C for inferior a 0,045%, a resistência não cumprirá o requisito. Se o teor de C for superior a 0,085%, será desfa- vorável à soldabilidade e à formabilidade. De preferência, o teor de C é de 0,045-0,082%.

[0014] Si: O silício tem três funções no aço:

[0015] 1) Tem um sólido efeito de reforço da solução para melho- rar a resistência do aço;

[0016] 2) Tem a função de acelerar a transformação da austenite em ferrite. Ou seja, pode aumentar a velocidade de transformação da austenite em ferrite;

[0017] 3) Pode prevenir a precipitação de carbonetos e evitar o aparecimento de uma fase de perolita.

[0018] Como material para chassis e rodas de automóveis, o tradi- cional aço bifásico deve ter resistência suficiente e um excelente alon- gamento. No entanto, devido ao elevado teor de Si no aço bifásico tra- dicional, aparecem na superfície falhas de escala vermelha. A fim de evitar estas falhas no aço bifásico, é necessário utilizar uma composi- ção com um baixo teor de Si. Na presente revelação, o teor de Si tem de ser controlado a 0,15% ou menos. Em algumas concretizações, de preferência, o teor de Si é de 0,05-0,14%.

[0019] Mn: O manganês é um elemento sólido de reforço da solu- ção. Se o teor de Mn for inferior a 1,0%, a resistência do aço será insu- ficiente; se o teor de Mn for superior a 1,5%, a plasticidade do aço di- minuirá. De preferência, o teor de Mn é de 1,06-1,5%.

[0020] Além disso, Mn+20C=2,2-3,2%. Se for inferior a 2,2%, a fração de volume de martensite será inferior a 15%; e se for superior a 3,2%, a fração de volume de martensite será superior a 20%. Prefe- rencialmente, Mn+20C=2,3-3,1%.

[0021] P: O fósforo é um elemento de impureza no aço. O seu conteúdo deve ser tão baixo quanto possível. Preferencialmente, P é ≤0,015%.

[0022] S: O enxofre é também um elemento de impureza no aço, e o teor de S no aço é geralmente exigido ser 0,001% ou menos.

[0023] Al: O alumínio é um elemento desoxigenante no aço para reduzir as inclusões de óxido no aço e purificar o aço. É benéfico para melhorar a formabilidade da chapa de aço. Ao mesmo tempo, a adição de um maior conteúdo de Al pode substituir parcialmente a função de Si. Portanto, o conteúdo de Al na presente revelação é de 0,5-2,0%. Em algumas encarnações, o conteúdo de Al é de 1,0-2,0%.

[0024] Ti: O titânio é um elemento que refina eficazmente os grãos e melhora a força e a tenacidade. Existe no aço sob a forma de carbo- neto e carbonitreto. Contudo, no aço de baixo carbono, se a quantida- de de elementos formadores de carbonitretos como o Ti for demasiado grande, a transformação de fase subsequente será afetada. Assim, o limite superior do conteúdo de elementos de liga precisa de ser contro- lado, de preferência em Ti≤0,03%. Em algumas encarnações, a placa de aço da presente revelação contém 0,01-0,03% de Ti.

[0025] B: B é um elemento de reforço dos limites dos grãos. Pode efetivamente aumentar a força da matriz de ferrite. Contudo, se o teor de B for demasiado elevado, ocorrerá a fragilização a quente, e a sol- dabilidade e trabalhabilidade a quente do aço será afetada. Por con- seguinte, o teor de B precisa de ser controlado rigorosamente. O teor de boro no aço de baixa liga de alta resistência ao desgaste da pre- sente revelação é controlado para ser ≤0,0005%.

[0026] O método de fabricação de uma chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma relação de rendimento baixa, de acordo com a presente revelação, compreen- de as seguintes etapas:

[0027] 1) Derretimento e fundição da composição acima referida em um molde em branco;

[0028] 2) Aquecimento do molde em branco a 1150-1250°C, e la- minagem em uma zona de austenite, em que uma deformação de la- minagem é de 80-95%, e uma temperatura de laminagem de acaba- mento é de 780-850°C;

[0029] 3) Arrefecimento da chapa de aço laminado com acaba- mento a 600-750°C a uma taxa de arrefecimento de 50-150°C/s ou mais; depois arrefecimento em ar a uma taxa de arrefecimento de 1- 10°C/s durante 2-10 segundos; depois arrefecimento novamente a uma taxa de arrefecimento de 50-200°C/s a 50-300°C; enrolamento; e depois arrefecimento em ar à temperatura ambiente.

[0030] No processo de fabricação da revelação:

[0031] Se a temperatura de aquecimento for inferior a 1150°C, os elementos de microligação não serão totalmente dissolvidos, e a fun- ção dos elementos de microligação não pode ser totalmente utilizada, de modo que a resistência irá diminuir. Se a temperatura de aqueci- mento for superior a 1250°C, é provável que os grãos de cristal sejam grosseiros, o que não é desejável para melhorar a tenacidade da placa de aço.

[0032] A laje é enrolada em bruto na zona de recristalização de austenite. Pela recristalização após a laje ser enrolada e deformada, os grãos de austenite são refinados. A deformação da placa de aço é de 80-95%. A temperatura de laminagem do acabamento é controlada a 780-850°C, fora da zona de cristalização da austenite. Devido à la- minagem e deformação na zona de austenite a baixa temperatura, formam-se bandas de deformação nos grãos de austenite, e a precipi- tação de carbonitretos dos elementos de microligação é induzida devi- do à deformação. Como resultado, os produtos de transformação da fase de austenite são refinados, e a tenacidade da placa de aço é me- lhorada.

[0033] A chapa de aço laminada acabada é arrefecida a 600- 750°C (ferrite + austenite zona bifásica) a uma taxa de arrefecimento de 50-150°C/s ou mais, e arrefecida em ar a uma taxa de arrefecimen- to de 1-10°C/s durante 2-10 segundos, por exemplo, 3-10 segundos, de tal forma que a austenite se transforma parcialmente em ferrite equiaxada nesta faixa de temperaturas (mais de 80% da ferrite tem uma razão de aspecto de ≤1,5). Depois, a placa de aço é arrefecida a uma taxa de arrefecimento de 50-200°C/s a 50-300°C, de preferência 70-300°C, e enrolada, de modo a que o material passe através da zo- na de bainite para a zona de martensite, e finalmente cerca de 15-20% de martensite é formada. A fim de assegurar que a superfície da placa de aço esteja livre de falhas de escala vermelha, é necessário assegu- rar que o teor de Si na composição seja inferior a 0,10%. Ao mesmo tempo, para compensar a diminuição da resistência e o aumento da dificuldade na formação de ferrite causada pela diminuição do teor de Si, é necessário adicionar 0,5-2,0% Al para compensação, de modo a melhorar efetivamente a qualidade da superfície da chapa de aço. Ver Fig. 2. Se a temperatura de enrolamento for superior a 300°C, é pro- vável que apareça uma grande quantidade de bainite na microestrutu- ra da chapa de aço, de modo a que a resistência do aço de alta resis-

tência seja inferior a 590MPa.

[0034] Os efeitos benéficos da presente revelação incluem:

[0035] Uma composição relativamente simples é concebida para a chapa de aço de alta resistência laminada a quente da atual revelação, em que Si é substituído por Al para melhorar a qualidade superficial da chapa de aço, e elementos relativamente caros como Nb, Mo, e Cr não são utilizados de modo a baixar o custo da liga. No processo de produção, é utilizado um processo de produção relativamente simples, no qual é acrescentado um modo de arrefecimento por fases ao pro- cesso convencional de arrefecimento laminar após a laminagem a quente, o que facilita a produção.

[0036] A chapa de aço da presente revelação produzida de acordo com a composição e o processo concebido como descrito acima tem uma alta resistência (≥590MPa), uma baixa resistência ao escoamento (uma relação de escoamento ≤0,6) e boa qualidade superficial, de mo- do que a chapa de aço da presente revelação tem vantagens únicas quando é utilizada para a fabricação de chassis de automóveis e pe- ças de rodas que necessitam de boa aparência e boa revestibilidade. Descrição dos Desenhos

[0037] A Fig. 1 é uma fotografia que mostra as falhas da "escala vermelha" na superfície da chapa de aço do Exemplo Comparativo 1.

[0038] A Fig. 2 é uma fotografia que mostra a superfície da chapa de aço do Exemplo 1, de acordo com a revelação atual.

[0039] Fig. 3 é uma fotografia metalográfica do Exemplo 3 de acordo com a presente revelação. Descrição Detalhada

[0040] A revelação será ainda ilustrada com referência aos seguin- tes exemplos e desenhos que a acompanham.

[0041] A Tabela 1 mostra as composições químicas do aço Exem- plos A-G da presente revelação, e do aço H que é um aço comparativo de JPH09263885A.

[0042] Tabela 1 C Si Mn P S Al N Ti B Nb Ex. A 0,045 0,10 1,44 0,015 0,0010 0,5 0,0 Ex. B 0,060 0,06 1,06 0,010 0,0008 2,0 019 0,0 0,02 Ex. C 0,060 0,11 1,19 0,012 0,0005 1,67 016 0,0 0,03 Ex. D 0,082 0,05 1,18 0,014 0,0009 1,23 014 0,0 0,015 Ex. E 0,080 0,14 1,50 0,007 0,0008 0,83 020 0,0 0,0005 Comp. Ex. H ≤0,1 0,5~2,5 0,5~1,3 ≤0,05 ≤0,01 0,01~0,1 040 0,02~0,1 0,01~0,1

[0043] Nos Exemplos da presente revelação e no Exemplo Com- parativo, um branco fundido foi aquecido a 1150-1250°C e depois en- rolado na zona de austenite com uma deformação rolante de 80-95%. A chapa de aço acabado laminada foi arrefecida a uma taxa de arrefe- cimento de 50-150°C/s ou mais a 600-750°C; depois arrefecida em ar durante 3-10 segundos com a taxa de arrefecimento a ar a ser contro- lada dentro da faixa de 1-10°C/s; e depois arrefecida novamente a uma taxa de arrefecimento de 50-200°C/s a 50-300°C, seguida de en- rolamento e arrefecimento à temperatura ambiente em ar. A tabela 2 mostra o controle do processo durante a laminagem e as propriedades mecânicas das chapas de aço resultantes com uma espessura de 3mm. As propriedades mecânicas foram medidas de acordo com a norma GB6397-86. O Exemplo Comparativo foi a chapa de aço bifási- ca descrita na patente japonesa JPH09263885A.

[0044] Referindo-se à Fig. 2, a placa de aço da presente revelação tem uma superfície limpa que está livre das falhas das faixas de "esca- la vermelha" mostradas na Fig. 1. A qualidade da superfície é elevada, e pode satisfazer os requisitos de aparência e revestimento de chassis e rodas de automóveis. Referindo-se à Fig. 3, a estrutura da chapa de aço do Exemplo 3 é ferrite e martensite, onde a cor escura indica mar-

tensite que tem uma percentagem de volume na faixa de 15-20%.

[0045] Tabela 2 Temperatura de Temperatura Resistência à Tempo de Taxa de Enrolamento do Alongamento Inicial de Temperatura de Razão de Tração Aço No. Arrefecimento Arrefecimento Nota Acabamento (°C) Arrefecimento Enrolamento (°C) Rendimento （%） do Ar (s) (°C/s) (MPa) do Ar (°C) (℃) A 831 685 7 150 250 605 28,0 0,52 Ex. 1 A 806 637 10 50 295 599 29,5 0,50 Ex. 2 B 850 720 4 65 230 597 29,5 0,55 Ex. 3 B 800 620 9 100 190 602 26,5 0,58 Ex. 4 C 822 690 4 200 207 674 26,0 0,55 Ex. 5 C 780 600 3 200 132 662 24,0 0,50 Ex. 6 D 847 750 3 150 70 657 24,5 0,56 Ex. 7 E 850 685 4 100 242 635 24,0 0,54 Ex. 8 65 H 845 560 18 315 25 0,68 Comp. Ex. 1 2 kgf/mm 62 H 850 480 15 410 33 0,76 Comp. Ex. 2 2 kgf/mm

[0046] Nota: O comprimento de medida de cada uma das amos- tras de tração dos Exemplos e Exemplo Comparativo é de 50mm; o Exemplo Comparativo 1 corresponde ao Exemplo Comparativo 8 em JPH09263885A; e o Exemplo Comparativo 2 corresponde ao Exemplo 6 em JPH09263885A

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma relação de rendimento baixa, caracte- rizada pelo fato de que a chapa de aço tem uma composição baseada na percentagem de massa: C 0,045-0,085%, Si≤0,15%, Mn 1,0-1,5%, P≤0,05%, S≤0,001%, Al 0,5-2,0%, N≤0,0060%, Ti≤0,03%, B≤0,0005%, e um balanço de Fe e impurezas inevitáveis; e Mn+20C=2,2-3,2%.

2. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, de acor- do com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço de alta resistência laminada a quente tem uma resistência à tração de ≥590MPa, e uma taxa de rendimento de ≤0,6.

3. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, de acor- do com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço laminada a quente de alta resistência tem uma resistência à tração de ≥600MPa, e uma taxa de rendimento de ≤0,58.

4. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, de acor- do com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço tem uma composição baseada na percentagem de massa: C 0,045-0,082%, Si 0,05-0,14%, Mn 1,06-1,5%, P≤0,015%, S≤0,001%, Al 0,5-2,0%, N≤0,0060%, Ti≤0,03%, B≤0,0005%, e um balanço de Fe e impurezas inevitáveis; e Mn+20C=2,3-3,1%.

5. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, de acor- do com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço laminada a quente de alta resistência tem uma estrutura de ferrite e martensite, onde a martensite tem uma fração de volume de 15-20%, e 80% ou mais de ferrite tem uma relação de as-

pecto de ≤1,5.

6. Chapa de aço laminada a quente de alta resistência com alta qualidade superficial e uma baixa relação de rendimento, de acor- do com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a chapa de aço de alta resistência laminada a quente tem um alongamento de ≥20%.

7. Método de fabricação da chapa de aço de alta resistên- cia laminada a quente com alta qualidade superficial e uma relação de rendimento baixa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: 1) derreter e fundir a composição definida na reivindicação 1 em um molde em branco; 2) aquecer o molde em branco a 1150-1250°C, e laminar em uma zona de austenite, em que uma deformação de laminagem é de 80-95%, e uma temperatura de laminagem de acabamento é de 780-850°C; 3) arrefecer a chapa de aço laminado com acabamento a 600-750°C a uma taxa de arrefecimento de 50-150°C/s ou mais; de- pois arrefecer em ar a uma taxa de arrefecimento de 1-10°C/s durante 2-10 segundos; depois arrefecer novamente a uma taxa de arrefeci- mento de 50-200°C/s a 50-300°C; enrolamento; e depois arrefecer em ar à temperatura ambiente.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, para a fabrica- ção da chapa de aço de alta resistência laminada a quente, de alta qualidade superficial e baixa taxa de rendimento, caracterizado pelo fato de que a chapa de aço tem uma composição baseada na percen- tagem de massa: C 0,045-0,082%, Si 0,05-0,14%, Mn 1,06-1,5%, P≤0,015%, S≤0,001%, Al 0,5-2,0%, N≤0,0060%, Ti≤0,03%, B≤0,0005%, e um balanço de Fe e impurezas inevitáveis; e Mn+20C=2,3-3,1%.