BRPI0407236B1 - Process for the manufacture of a biphastic steel sheath of structure ferrito-martensitica, cold-laminated and shot obtained - Google Patents

Description

"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA TIRA DE AÇO BIFÁSICO DE ESTRUTURA FERRITO-MARTENSÍTICA, LAMINADA A FRIO E TIRA OBTIDA" [001] A presente invenção refere-se a um processo de fabricação de uma tira de aço bifásico de estrutura ferrito-martensítica, laminada a frio, e à tira que pode ser obtida por esse processo, que é mais especialmente destinada à fabricação de peça para automóvel por embutimento profundo.

[002] Os aços de muito alta resistência foram desenvolvidos nesses últimos anos, notadamente a fim de responder às necessidades específicas da indústria automobilística, que são em especial a redução do peso e, portanto, da espessura das peças, e a melhoria da segurança que passa pelo aumento da resistência à fadiga e da resistência aos choques das peças. Essas melhorias não devem por outro lado deteriorar a aptidão à conformação das chapas utilizadas para a fabricação das peças.

[003] Assim, foram desenvolvidos aços ditos bifásicos, cuja estrutura é ferrito-martensítica e que permitem atingir resistências à tração Rm de mais de 400 MPa, mas que não apresentam boas características de capacidade de embutimento, pois seu coeficiente de anisotropia r médio é próximo de 1. Por outro lado, sua aptidão à galvanização é má, pois eles contêm grandes quantidades de silício ou de outros elementos nefastos à boa ancoragem da superfície da tira pelo zinco em fusão.

[004] Por outro lado, são conhecidos aços cuja estrutura é monofásica e que apresentam um coeficiente médio de anisotropia r elevado, mas têm características mecânicas médias, com uma resistência à tração Rm que não ultrapassa 400 MPa.

[005] Serão citados a título de exemplos os aços de baixos intersticiais, ou os aços acalmados com alumínio e refosforados. As tentativas de amplificar os mecanismos de endurecimento clássicos para esses tipos de aço não permitem melhorar sensivelmente suas características mecânicas.

[006] Por outro lado, esse aço deve ser próprio para a galvanização.

[007] O objetivo da presente invenção é corrigir os inconvenientes dos aços da técnica anterior propondo para isso uma tira de aço própria para o embutimento profundo, e que apresenta ao mesmo tempo excelentes características mecânicas e excelentes características de anisotropia.

[008] Com essa finalidade, a invenção tem como primeiro objeto um processo de fabricação de uma tira de aço bifásico de estrutura ferrito-martensítica, laminada a frio caracterizado pelo fato de que se lamina a quente uma placa cuja composição química compreende, em peso: 0,010 %<C <0,100% 0,050 % < Mn < 1,0% 0,010 %< Cr < 1,0% 0,010 %< Si <0,50% 0,001 % < P < 0,20% 0,010 %< Al <0,10% N <0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, o dito processo compreendendo em seguida as etapas que consistem em: - bobinar a tira a quente obtida a uma temperatura compreendida entre 550 e 850°C, e depois - em laminar a frio a tira com uma taxa de redução compreendida entre 60 e 90 %, e depois - em recozer a tira de modo contínuo no domínio intercrítico, e - em resfriar a mesma até a temperatura ambiente, em uma ou várias etapas, a velocidade de resfriamento entre 600 °C e a temperatura ambiente estando compreendida entre 100°C/s e 1500°C/s, - e eventualmente fazer a mesma ser submetida a um revenido a - uma temperatura inferior a 300°C, - as operações de recozimento e de resfriamento sendo conduzidas de tal modo para que a tira compreenda finalmente 1 a 15 % de martensita.

[009] Em um modo de realização preferido, a composição química compreende por outro lado, em peso: 0,020 % < C < 0,060% 0,300 % < Mn < 0,500% 0,010 %< Cr <1,0% 0,010 %< Si <0,50% 0,010 %<P <0,100% 0,010 %< Al <0,10% N< 0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração.

[010] O processo de acordo com a invenção pode também compreender as características seguintes, sozinhas ou em combinação: - lamina-se a tira a quente a uma temperatura superior a 850°C, - bobina-se a tira a quente a uma temperatura compreendida entre 550 e 750'C, - lamina-se a frio a tira com uma taxa de redução compreendida entre 70 e 80 %, - o recozimento contínuo da tira laminada a frio compreende uma fase de subida em temperatura, e depois uma fase de manutenção a uma temperatura predeterminada, - a temperatura de manutenção está compreendida entre Ac1 e 900 °C, - a temperatura de manutenção está compreendida entre 750 e 850¾ - o resfriamento até a temperatura ambiente compreende um primeiro resfriamento lento entre a temperatura de manutenção e 600°C, no decorrer do qual a velocidade de resfriamento é inferior a 50°C/s, e depois um segundo resfriamento a uma velocidade maior e compreendida entre 100°C/s e 1500°C/s, até a temperatura ambiente.

[011] A invenção também tem como segundo objeto uma tira de aço bifásico de estrutura ferrito-martensítica, laminada a frio, cuja composição química compreende, em peso: 0,010 %<C <0,100% 0,050 % < Mn < 1,0% 0,010 %< Cr < 1,0% 0,010 %< Si <0,50% 0,001 % < P < 0,20% 0,010 %< Al <0,10% N <0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, a tira compreendendo por outro lado entre 1 % e 15 % de martensita.

[012] Em um modo de realização preferido, a composição da tira é a seguinte: 0,020 % < C < 0,060% 0,300 % < Mn < 0,500% 0,010 %< Cr < 1,0% 0,010 %< Si <0,50% 0,010 %<P <0,100% 0,010 %< Al <0,10% N <0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração.

[013] A tira de acordo com a invenção pode também compreender as características seguintes, sozinhas ou em combinação: - ela apresenta uma resistência à tração Rm superior a 450 MPa, - ela apresenta uma resistência à tração Rm superior a 500 MPa, - ela apresenta uma resistência à tração Rm superior a 600 MPa, - ela apresenta um coeficiente de anisotropia médio r superior a 1,1, - ela apresenta um coeficiente de anisotropia médio r superior a 1,3, - ela compreende por outro lado entre 1 % e 10 % de martensita, - ela compreende por outro lado entre 5 % e 8 % de martensita.

[014] Finalmente, a invenção tem como terceiro objeto a utilização de uma tira de aço de acordo com a invenção, para a fabricação de peças para automóvel por embutimento profundo.

[015] O processo de acordo com a invenção consiste em laminar a quente uma placa de composição específica, e depois em bobinar a tira a quente obtida a uma temperatura compreendida entre 550 e 850°C.

[016] Essa bobinagem em temperatura elevada é de fato favorável ao desenvolvimento daquilo que é chamado de uma textura, quer dizer uma estrutura anisotrópica. Uma tal bobinagem permite de fato fazer coalescer a precipitação de cementita Fe3C, e reduzir a quantidade de carbono recolo- cada em solução por ocasião do recozimento, nociva ao desenvolvimento da textura de recristalização.

[017] O processo consiste em seguida em laminar a frio a tira com uma taxa de redução compreendida entre 60 e 90 %, e depois em recozer a tira de modo contínuo no domínio intercrítico.

[018] O recozimento intercrítico permite redissolver a maior parte das fases carbonadas formadas por ocasião da bobinagem depois da recristalização. O fato de que a austenitização e a dissolução das fases carbonadas intervenham depois da recristalização permite conservar o carbono retido por ocasião da recristalização e liberar o mesmo uma vez que a textura da ferrita recristalizada está desenvolvida. A textura não será, portanto, afetada pelo carbono em solução sólida, como no caso de uma bobinagem em baixa temperatura, mas unicamente alterada pelo caráter isotrópico da martensita formada.

[019] O processo consiste em seguida em resfriar a tira até a temperatura ambiente, em uma ou várias etapas, a velocidade de resfriamento entre 600 °C e a temperatura ambiente estando compreendida entre 100°C/s e 1500°C/s, e eventualmente em fazer a mesma ser submetida a um revenido a uma temperatura inferior a 300°C.

[020] Essa fase de resfriamento rápido permite formar martensita na estrutura do aço, o que permite obter características mecânicas muito boas.

[021] No entanto, tem-se o cuidado de não formar martensita demais, pois essa última é isotrópica e reduz, portanto, o coeficiente médio de anisotropia r.

[022] A têmpera com água permite formar proporções grandes de fases carbonadas em relação à análise considerada. É possível reduzir a fração de fase martensítica formada abaixando-se para isso a temperatura de manutenção para valores mais baixos no domínio intercrítico, ou então ainda se praticando um resfriamento lento antes de têmpera.

[023] Também é possível reduzir a diferença de dureza entre a matriz ferrítica e a fase martensítica, resfriando-se para isso mais lentamente a tira ou praticando-se um curto revenido, da ordem de um minuto, da fase martensítica formada depois de têmpera com água.

[024] Deve ser notado que esse revenido não é em nenhum caso um tratamento de sobreenvelhecimento como é encontrado na técnica anterior. De fato, esses tratamentos de sobreenvelhecimento (ou overaging em inglês), que são geralmente efetuados entre 300 e 500°C, têm notadamente como efeito suprimir a martensita que é um elemento essencial da presente invenção. O revenido eventualmente praticado de acordo com a invenção, consiste em precipitar uma parte do carbono em solução sólida retido na martensita, sem diminuir a proporção dessa martensita. A temperatura máxima desse revenido é de 300 °C, de preferência de 250 °C, e de modo mais especialmente preferido, de 200 °C.

[025] A composição de acordo com a invenção compreende carbono a um teor compreendido entre 0,010 % e 0,100 %. Esse elemento é essencial para a obtenção de boas características mecânicas, mas não deve estar presente em quantidade grande demais, pois ele geraria a formação de uma proporção grande demais de fase martensítica.

[026] Ela compreende também manganês a um teor compreendido entre 0,050 % e 1,0 %. O manganês melhora o limite de elasticidade do aço ao mesmo tempo em que reduz bastante sua ductilidade, razão pela qual limita-se seu teor.

[027] A composição compreende também cromo a um teor compreendido entre 0,010 % e 1,0 % que auxilia para a formação procurada de martensita.

[028] A composição compreende também silício a um teor compreendido entre 0,010 % e 0,50 %. Ele melhora bastante o limite de elasticidade do aço ao mesmo tempo em que reduz pouco sua ductilidade e em que deteriora sua capacidade de revestimento.

[029] A composição compreende também fósforo a um teor compreendido entre 0,001 % e 0,20 %, que endurece a microestrutura sem afetar a textura.

[030] A composição compreende também alumínio a um teor compreendido entre 0,010 % e 0,10 % que evita o envelhecimento retendo para isso o nitrogênio.

Exemplos [031] A título de exemplo não-limitativo, e a fim de melhor ilustrar a invenção, duas nuanças de aço foram elaboradas. A composição das mesmas, em milésimos de porcentagem é dada na tabela seguinte: [032] O resto das composições é constituído de ferro e de impurezas inevitáveis que resultam da elaboração.

Abrevi ações emoreaadas Re: limite de elasticidade em MPa Rm: resistência à tração em MPa R: coeficientedeanisotropia P: patamar % m: proporção de martensita [033] Depois de elaboração, as duas nuanças foram austenítizadas a 1250¾ durante uma hora, a fim de obter uma colocação em solução dos nitretos de alumínio. As placas foram em seguida laminadas a quente de tal modo para que a temperatura de final de laminação seja superior a 900¾. o valor de AR3 sendo de cerca de 370¾ para as duas nuanças.

[034] As tiras laminadas a quente foram em seguida resfriadas por têmpera com água, a uma velocidade de resfriamento da ordem de 25*0/8, até atingir a temperatura de bobinagem. A nuança A foi bobinada a 720¾. enquanto que uma amostra da nuança B foi bobinada a 550¾ e a outra a 720¾.

[035] As diferentes amostras foram em seguida laminadas a frio até atingir uma taxa de redução de 75 %, e depois foram submetidas a um tratamento de recozimento a uma temperatura de manutenção de 750¾ para certas amostras, e de 800¾ para outras. O resfriamento até a temperatura ambiente é nesse caso efetuado a uma velocidade da ordem de 25°C/s, por têmpera com água.

[036] Mede-se em seguida as características mecânicas e de anisotropia dos aços obtidos.

[037] Os resultados obtidos estão reunidos na tabela seguinte: [038] A anisotropia global de um aço é determinada pelo coeficiente de anisotropia normal r médio: onde rT designa o valor de r medido na direção transversal ao sentido de Iam inação da tira, rL designa o valor de r medido na direção longitudinal ao sentido de laminação da tira, r45° designa o valor de r medido a 45° em relação ao sentido de laminação da tira.

[039] Para uma temperatura de bobinagem de 720*0, foi representada na figura 1, a relação que existe entre o coeficiente r médio e a taxa de martensita formada %m para as nuanças A e B. É constatado que quanto mais a taxa de martensita aumenta, mais o aço é isotrópico.

[040] Por outro lado, é constatado que quanto maior é a taxa de martensita, mais as características mecânicas são elevadas.

[041] A título de ilustração, é mostrada na figura 2 a microestrutura obtida com a nuança A, bobinada a 720*C, e depois recozida a 750¾ para obter finalmente 12 % de martensita. Distingue-se bem aí a ferrita e a martensita formada.

Reivindicações

Claims (12)

1. Processo de fabricação de uma tira de aço bifásico de estrutura ferrito-martensítica, laminada a frio, caracterizado pelo fato de que lamina-se a quente uma placa cuja composição química compreende, em peso: 0,020 % < C < 0,060% 0,300 % < Mn < 0,500% 0,010 % < Cr < 1,0% 0,010 %£ Si £0,50% 0,010 %<P< 0,100% 0,010 %< Al <0,10% N £ 0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, em que o dito processo compreende as seguintes etapas: - bobinar a tira a quente obtida a uma temperatura compreendida entre 550 e 850^, e depois - em laminar a frio a tira com uma taxa de redução compreendida entre 60 e 90 %, e depois - em recozer a tira de modo continuo no domínio intercritico, e - em resfriar a mesma até a temperatura ambiente, compreende um primeiro resfriamento lento entre a temperatura de manutenção e 600‘C, no decorrer do qual a velocidade de resfriamento e inferior a 50°C/s, e depois um segundo resfriamento a uma velocidade maior e compreendida entre 100°C/S e 1500°C/s, até a temperatura ambiente, - e, por fim, fazer a mesma ser submetida a um revenido a uma temperatura inferior a 300‘C, as operações de recozimento e de resfriamento sendo conduzidas de tal modo para que a tira compreenda finalmente 1 a 8 % de martensita e o restante de ferrita, apresentando um coeficiente de anisotropia médio r superior a 1,1 e, ainda, apresentando uma resistência atração Rm superior a 500 MPa.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que lamina-se a tira a quente a uma temperatura superior a 850°C.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que bobina-se a tira a quente a uma temperatura compreendida entre 550 e 750°C.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que lamina-se a frio a tira com uma taxa de redução compreendida entre 70 e 80 %.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o recozimento continuo da tira laminada a frio compreende uma fase de subida em temperatura, e depois uma fase de manutenção a uma temperatura predeterminada.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura de manutenção está compreendida entre Ac1 e 900°C.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura de manutenção está compreendida entre 750 e 850°C.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo resfriamento é realizado por têmpera com água.

9. Tira de aço bifásico de estrutura ferrito-martensitica, laminada a frio, caracterizada por cuja composição química compreende, em peso: 0,020 % £ C < 0,060% 0,300 % £ Mn < 0,500% 0,010 %< Cr < 1,0% 0,010 % ^ Si <0,50% 0,010 % ^ P <0,100% 0,010 Al <0,10% N £ 0,010% o resto sendo ferro e impurezas que resultam da elaboração, a tira compreendendo entre 1 % e 8 % de martensita e o restante de ferrita, apresentando um coeficiente de anisotropia médio r superior a 1,1 e, ainda, apresentando uma resistência atração Rm superior a 500 MPa.

10. Tira de aço de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que apresenta uma resistência à tração Rm superior a 600 MPa.

11. Tira de aço, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que apresenta um coeficiente de anisotropia médio r superior a 1,3.

12. Utilização de uma tira de aço, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizada por ser para a fabricação de peças para automóvel por estampagem profunda.