BRPI0614391A2 - método de produção de chapas de aço de alta resistência com excelente ductilidade e chapas assim produzidas - Google Patents

Abstract

MéTODO DE PRODUçãO DE CHAPAS DE AçO DE ALTA RESISTêNCIA COM EXCELENTE DUCTILIDADE E CHAPAS ASSIM PRODUZIDAS.Hapa de aço, cuja composição de aço compreende, os teores sendo expressos em % em peso: 0,08% <243>C<243> 0,23% 1% <243> Mn <243> 2% 1<243> Si <243> 2%, AI<243> 0,030%, 0,1% <243> V<243> 0,25%, Ti <243>0,010%, S <243>0,015% P <243>0,1%, 0,004% <243> N <243> 0,012%, e, opcionaímente, um ou mais elementos escolhidos entre: Nb <243>0 1%, Mo <243> O 5% Cr <243> 0,3%, o saído da composição consistindo em ferro e das inevitáveis impurezas resultantes da fusão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DEPRODUÇÃO DE CHAPAS DE AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA COM EXCELENTE DUCTILIDADE E CHAPAS ASSIM PRODUZIDAS".

A presente invenção refere-se à produção de chapa de aço,mais particularmente chapa de aço plasticidade induzida por tranformação(Plasticidade Induzida por Transformação), quer dizer, na qual o aço apre-senta plasticidade induzida por uma transformação alotrópica.

Na indústria automobilística, há uma necessidade contínua detornar os veículos mais leves, resultando na busca por aços de maior limitede elasticidade ou limite de resistência à tração. Assim, foram propostos a-ços de alta resistência que continham elementos de microligação. O endure-cimento é obtido ao mesmo tempo pela precipitação e pelo refino do tama-nho do grão.

Com o objetivo de obter níveis de resistência ainda maiores, fo-ram desenvolvidos aços plasticidade induzida por tranformação que apre-sentava, combinações vantajosas de propriedades (resistência/capacidadede deformação). Essas propriedades são atribuídas à estrutura de tais aços,consistindo em uma matriz ferrita contendo fases bainita e austenita residual.Na chapa laminada a quente, a austenita residual é estabilizada graças a umaumento no teor de elementos tais como silício e alumínio, elementos essesque retardam a precipitação de carbonetos na bainita. Uma chapa laminadaa frio feita de aço plasticidade induzida por tranformação é produzida peloreaquecimento do aço, durante o recozimento, em uma região onde ocorre aaustenitização parcial, seguido de resfriamento rápido para evitar a formaçãode perlita e então fazer o enxágüe isotérmico na região da bainita: uma parteda austenita é convertida para bainita enquanto outra parte é estabilizadapelo aumento do teor de carbono das ilhas de austenita residual. Assim, apresença inicial de austenita residual dúctil é associada a uma alta capaci-dade de deformação. Sob esse efeito de deformação subseqüente, por e-xemplo, durante uma operação de estampagem, a austenita residual de umaparte feita de aço plasticidade induzida por tranformação é progressivamentetransformada em martensita, resultando em endurecimento substancial. Umaço apresentando comportamento plasticidade induzida por tranformaçãotorna, portanto, possível garantir uma alta capacidade de deformação e umaalta resistência, essas duas propriedades sendo geralmente mutuamenteexclusivas. Esta combinação fornece o potencial para absorção de alta e-nergia, uma qualidade tipicamente buscada na indústria automobilística parapeças resistentes ao impacto.

O carbono desempenha um papel importante na produção deaços plasticidade induzida por tranformação: inicialmente, sua presença emquantidade suficiente dentro das ilhas de austenita residual é necessária deforma que a temperatura da transformação martensítica local seja reduzidapara abaixo da temperatura ambiente. Em segundo lugar, ele é geralmenteadicionado para aumentar a resistência de forma barata.

Entretanto, esta adição de carbono deve permanecer limitadapara garantir que a capacidade de soldagem dos produtos permaneça satis-fatória, caso contrário a ductilidade dos conjuntos soldados e a resistênciaàs fraturas a frio são reduzidas. O que é, portanto, buscado, é um processode produção para aumentar a resistência da chapa de aço plasticidade indu-zida por tranformação, em particular para acima de 900-1100 MPa para umteor de carbono de 0,2% em peso, sem que o alongamento total seja reduzi-do para abaixo de 18%. Um aumento na resistência de mais de 100 MPasobre os níveis atuais é desejável.

É também desejável a obtenção de um processo para produçãode chapa de aço laminada a quente ou laminada a frio que seja grandemen-te insensível a pequenas variações nas condições de produção industrial,em particular a variações de temperatura. Assim, é buscado obter-se umproduto caracterizado por uma microestrutura propriedades mecânicas quesejam grandemente insensíveis a pequenas variações nesses parâmetrosde produção. É também buscada a obtenção de um produto muito duro queofereça excelente resistência à fratura.

O objetivo da presente invenção é resolver os problemas acimamencionados.

Com esse propósito, o objetivo da invenção é uma composiçãopara a produção de aço apresentando um comportamento plasticidade indu-zida por tranformação, compreendendo, com os teores expressos em % empeso: 0,08% < C < 0,23%, 1% < Mn < 2%, 1 < Si < 2%, Al < 0,030%, 0,1 < V< 0,25%, Ti < 0,010%, S < 0,015%, P < 0,1%, 0,004% < N < 0,012%, e, op-cionalmente, um ou mais elementos escolhidos entre: Nb < 0,1%, Mo <0,5%, Cr < 0,3%, o saldo da composição consistindo em ferro e das inevitá-veis impurezas resultantes da fusão.

Preferivelmente o teor de carbono é tal que: 0,08% < C < 0,13%.De acordo com uma configuração preferida, o teor de carbono étal que: 0,13% < C < 0,18%

Também preferivelmente o teor de carbono é tal que 0,18% < C< 0,23%.

Preferivelmente o teor de manganês é tal que: 1,4% < Mn < 1,8%

Também preferivelmente, o teor de manganês satisfaz a relação:1,5% < Mn < 1,7%

Preferivelmente o teor de silício é tal que: 1,4% < Si < 1,7%.

Preferivelmente o teor de alumínio satisfaz a relação: Al <0,015%.

De acordo com uma configuração preferida, o teor de vanádio étal que: 0,12% < V < 0,15%.

Também preferivelmente o teor de titânio é tal que: Ti < 0,005%O objetivo da invenção é também uma chapa de aço da compo-sição acima, cuja microestrutura consiste em ferrita, bainita, austenita resi-dual e, opcionalmente, martensita.

De acordo com uma configuração preferida, a microestrutura doaço tem um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

A microestrutura do aço tem preferivelmente um teor de marten-sita de menos de 2%.

Preferivelmente, o tamanho médio das ilhas de austenita residu-al não excede 2 mícrons.

O tamanho médio das ilhas de austenita residual preferivelmentenão excede 1 mícron.

O objetivo da invenção é também um processo para produçãode uma chapa laminada a quente apresentando comportamento plasticidadeinduzida por tranformação, na qual:

- é fornecido um aço conforme qualquer uma das composiçõesacima;

- um produto semi-acabado é lingotado a partir desse aço;

- o mencionado produto semi-acabado é aquecido até uma tem-peratura de 1200°C;

- o produto semi-acabado e laminado a quente;

- a chapa assim obtida é resfriada;

- a chapa é bobinada, a temperatura Ter do final da laminação aquente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tb0bina do bobinamentosendo escolhidas de tal forma que a microestrutura do aço consiste em ferri-ta, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita.

Preferivelmente, a temperatura Ter do final da laminação a quen-te, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tb0bina de bobinamento são es-colhidas de tal forma que a microestrutura do aço tem um teor de austenitaresidual de entre 8 e 20%.

Também preferivelmente a temperatura Ter do final da laminaçãoa quente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tbobina de bobinamentosão escolhidas de tal forma que a microestrutura do aço tem um teor de mar-tensita de menos de 2%.

Preferivelmente, a temperatura Ter do final da laminação a quen-te, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tb0bina de bobinamento são es-colhidas de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residualnão excede 2 mícrons, e muito preferivelmente é menor que 1 mícron.

O objetivo da invenção é também um processo para produçãode uma chapa laminada a quente apresentando um comportamento plastici-dade induzida por tranformação, na qual:

- o produto semi-acabado é laminado a quente com uma tempe-ratura final de laminação Ter de 900°C ou maior;- a chapa assim obtida é resfriada a uma taxa de resfriamento Vcde 20°C/s ou maior; e

- a chapa é bobinada a uma temperatura Tb0bina abaixo de450°C.

Preferivelmente a temperatura de bobinamento Tb0bina está abai-xo de 400°C.

O objetivo da invenção é também um processo para produçãode uma chapa laminada a frio apresentando um comportamento plasticidadeinduzida por tranformação, no qual é fornecida uma chapa de aço laminadaa quente produzida conforme qualquer um dos métodos descritos acima, achapa é decapada, a chapa é laminada a frio, e a chapa sofre um tratamentotérmico de recozimento, o tratamento térmico compreendendo uma fase deaquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs, uma fase de enxágüe a umatemperatura de enxágüe Ts por um tempo de enxágüe ts seguido d uma fasede resfriamento a uma taxa de resfriamento Vcs quando a temperatura forabaixo de Ar3, seguido de uma fase de enxágüe a uma temperatura de en-xágüe T1s por um tampo de enxágüe t's, os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t'ssendo escolhidos de forma que a microestrutura do mencionado aço consis-ta de ferrita, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita.

De acordo com uma configuração preferida, os parâmetros Vhs,Ts, ts, Vcs, T1s e t's são escolhidos de tal forma que a microestrutura do açotenha um teor de austenita residual de entre 8 e 20%.

Também preferivelmente os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t'ssão escolhidos de tal forma que a microestrutura do aço contenha menosque 2% de martensita.

De acordo com uma configuração preferida, os parâmetros Vhs,Ts, ts, Vcs, T1s e t's são escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhasde austenita residual seja menor que 2 mícrons, muito preferivelmente me-nor que 1 mícron.

O objetivo da invenção é também um processo para produçãode uma chapa laminada a frio apresentando um comportamento plasticidadeinduzida por tranformação conforme o qual a chapa é feita submeter-se a umtratamento térmico por recozimento, o tratamento térmico compreendendouma fase de aquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs de 2°C/s ou mai-or, uma fase de enxágüe a uma temperatura de enxágüe Ts de entre Aci eAc3 por um tempo de enxágüe ts de entre 10 e 200 s, seguido por uma fasede resfriamento a uma taxa de resfriamento Vcs de mais de 15°C/s quando atemperatura estiver abaixo de Ar3, seguido de uma fase de enxágüe a umatemperatura T1s de entre 300 e 500°C por um tempo de enxágüe t's de entre10 e 1000 s.

A temperatura de enxágüe Ts está preferivelmente entre 770 e815°C.

O objetivo da invenção é também o uso de uma chapa de açoapresentando comportamento plasticidade induzida por tranformação, deacordo com uma das configurações descritas acima, ou produzidas por umdos processos descritos acima, para a produção de componentes estruturaisou de elementos de reforço no campo automobilístico.

Outras características e vantagens da invenção tornar-se-ão a-parentes durante o curso da descrição abaixo, que é dada como exemplo.

Em relação à composição química do aço, o carbono desempe-nha um papel muito importante na formação da microestrutura e das propri-edades mecânicas. De acordo com a invenção, uma transformação bainíticaocorre de uma estrutura austenítica formada a alta temperatura, e são for-madas ripas de ferrita bainítica. Devido à solubilidade muito baixa do carbo-no na ferrita comparada com a austenita, ò carbono da austenita é rejeitadoentre as ripas. Graças a certos elementos de ligação na composição do açode acordo com a invenção, em particular silício e manganês, a precipitaçãode carbonetos, especialmente cementita, dificilmente ocorre. Assim, a aus-tenita interfiras torna-se progressivamente enriquecida com carbono, sem aocorrência de precipitação de carbonetos. Esse enriquecimento é tal que aaustenita pe estabilizada, o que quer dizer que a transformação martensíticadesta austenita não ocorre no resfriamento até a temperatura ambiente. Deacordo com a invenção, o teor de carbono está entre 0,08 e 0,23% em peso.Preferivelmente, o teor de carbono fica dentro de uma primeira faixa de 0,08a 0,13% em peso. Em uma segunda faixa preferida, o teor de carbono émaior que 0,13% mas não excede 0,18% em peso. O teor de carbono estádentro de uma terceira faixa preferida, na qual este é maior que 0,18% masnão excede 0,23% em peso.

Uma vez que o carbono é um elemento particularmente impor-tante para o endurecimento, o teor mínimo de carbono de cada uma das trêsfaixas preferidas torna possível alcançar uma resistência mínima de 600MPa1 800 MPa e 950 MPa na chapa laminada a frio e recosida, para cadauma das respectivas faixas acima. O teor máximo de carbono de cada umadas três faixas torna possível garantir uma capacidade de soldagem satisfa-tória, especialmente para solda por pontos, se o nível de resistência obtidoem cada uma dessas três faixas preferidas é levada em conta.

Adicionando-se manganês, um elemento que induz a fase gama,em uma quantidade de entre 1 e 2% em peso contribui para reduzir a tempe-ratura de partida da martensita Ms e para estabilizar a austenita. Esta adiçãode manganês também precipita em solução sólida de endurecimento eficaze, portanto, em aumentar a resistência. O teor de manganês está preferivel-mente entre 1,4 e 1,8% em peso: dessa forma um endurecimento satisfatórioé combinado com uma estabilidade melhorada da austenita, sem provocarcorrespondentemente uma excessiva capacidade de endurecimento nosconjuntos soldados. Otimamente, o teor de manganês está entre 1,5 e 1,7%em peso. Dessa forma, os efeitos acima desejados são obtidos sem o riscode formar uma estrutura combinada prejudicial, que surge de qualquer se-gregação do manganês durante a solidificação.

O silício em uma quantidade entre 1 e 2% em peso inibe a pre-cipitação de cementita durante o resfriamento da austenita, consideravel-mente retardando o crescimento dos carbonetos. Isto se deriva do fato deque a solubilidade do silício na cementita é muito baixa, esse elemento au-menta a atividade do carbono na austenita. Qualquer formação de sementede cementita será, portanto, cercada por uma região austenítica rica em silí-cio, que tinha sido rejeitado na interface precipitado/matriz. Esta austenitaenriquecida com silício é também mais rica em carbono e o crescimento decementita é retardado devido à pequena difusão, resultando do gradiente debaixo carbono, entre a cementita e a região de austenita vizinha. Esta adiçãode silício, portanto, ajuda a estabilizar uma quantidade suficiente de austeni-ta residual para se obter um efeito plasticidade induzida por tranformação.

Além disso, esta adição de silício aumenta a resistência pelo endurecimentoda solução sólida. Entretanto, uma adição excessiva de silício provoca aformação de óxidos altamente aderentes, que são difíceis de remover duran-te a operação de decapagem, e a aparência possível dos defeitos de super-fície devido especialmente a uma falta de capacidade de umedecimento nasoperações de galvanização por imersão a quente. Para estabilizar umaquantidade suficiente de austenita, enquanto ainda reduz o risco de defeitosde superfície, o teor de silício está preferivelmente entre 1,4 e 1,7% em peso.

O alumínio é um elemento muito eficaz para desoxidar o aço.Como o silício, ele tem uma solubilidade muito baixa na cementita e podeser usado a esse respeito para evitar a precipitação de cementita durante oenxágüe a uma temperatura de transformação bainítica e pára estabilizar aaustenita residual. Entretanto, de acordo com a invenção, o teor de alumínionão excede 0,030% em peso uma vez que, como será visto abaixo, um en-durecimento muito eficaz é obtido por meio de precipitação de carbonitretode vanádio. Quando o teor de alumínio é maior que 0,030%, há o risco deprecipitação de nitreto de alumínio, que analogamente reduz a quantidadede nitrogênio capaz de precipitar com o vanádio. Preferivelmente, quandoesta quantidade é igual a 0,015% em peso ou menos, qualquer risco de pre-cipitação de nitreto de alumínio é eliminado e o efeito completo do endure-cimento pela precipitação de carbonitreto de vanádio é obtido.

Pela mesma razão, o teor de titânio não excede 0,010% em pe-so de modo a não precipitar uma quantidade significativa de nitrogênio naforma de nitretos ou carbonitretos de titânio. Devido à alta afinidade de titâ-nio por nitrogênio, o teor de titânio preferivelmente não excede 0,005% empeso. Tal teor de titânio, portanto, evita a precipitação de (Ti, V)N na chapalaminada a quente.O vanádio e o nitrogênio são elementos importantes na inven-ção. Os inventores demonstraram que, quando esses elementos estão pre-sentes nas quantidades definidas conforme a invenção, eles se precipitamna forma de carbonitretos de vanádio muito finos associado com um subs-tancial endurecimento. Quando o teor de vanádio for menor que 0,1% empeso ou quando o teor de nitrogênio for menor que 0,004% em peso, a pre-cipitação de carbonitreto de vanádio é limitada e o endurecimento é insufici-ente. Quando o teor de vanádio for maior que 0,25% em peso ou quando oteor de nitrogênio for maior que 0,012% em peso, a precipitação ocorre emuma etapa muito cedo após a laminação a quente na forma de precipitadosmais brutos. Devido ao tamanho desses precipitados, o endurecimento po-tencial de vanádio não é totalmente utilizado, mais particularmente quandoele é pretendido para produção de uma chapa de aço laminada a frio e reco-zida. Nesse último caso, os inventores demonstraram que é necessário Iimi-tar a precipitação de vanádio na etapa de laminação a quente de modo autilizar mais completamente a precipitação de endurecimento fino que ocorredurante um recozimento subseqüente. Em adição, limitando-se a precipita-ção de vanádio nessa etapa, é possível reduzir-se as forças necessáriasdurante a subseqüente laminação a frio e, portanto, otimizar a performancedas instalações industriais.

Quando o teor de vanádio está entre 0,12 e 0,15% em peso, oalongamento uniforme do alongamento na fratura é particularmente aumen-tado.

O enxofre, em uma quantidade de mais de 0,015% em peso,tende a se precipitar excessivamente na forma de sulfetos de manganês quereduzem grandemente a capacidade de conformação.

O fósforo é um elemento conhecido por segregar nos limites dosgrãos. Seu teor deve ser limitado a 0,1% em peso de forma a manter umaductilidade a quente suficiente e promover a falha de descascamento duran-te os testes de tensão de cisalhamento executados em conjuntos soldadospor pontos.

Opcionalmente, elementos tais como cromo e molibdênio, queretardam a transformação bainítica e promovem o endurecimento da soluçãosólida, podem ser adicionados em quantidades que não excedam 0,3 e 0,5%em peso respectivamente. Opcionalmente o nióbio pode também ser adicio-nado em uma quantidade que não exceda 0,1% em peso, de modo a au-mentar a resistência pela precipitação complementar de carbonitreto.

O processo para produção de uma chapa laminada a quenteconforme a invenção é implementado como segue:

- é fornecido um aço com composição conforme a invenção;

- um produto semi-acabado é Iingotado desse aço, possivelmen-te como lingotes ou continuamente na forma de placas com uma espessuraem torno de 200 mm. O lingotamento pode também ser executado de modoa formar placas finas com poucas dezenas de milímetros de espessura outiras finas entre cilindros de aço contra-rotativos.

- os produtos semi-acabados Iingotados são inicialmente aque-cidos até uma temperatura acima de 1200°C para alcançar em todos os pon-tos uma temperatura favorável às altas deformações que o aço sofrerá du-rante a laminação e para evitar, nessa etapa, a formação de carbonitretos devanádio. Naturalmente, no caso de Iingotamento direto da placa fina ou datira fina entre cilindros contra-rotativos, a etapa de laminação a quente des-ses produtos semi-acabados, começando acima de 1200°C, pode ser execu-tado diretamente após o Iingotamento de forma que uma etapa intermediáriade reaquecimento é então desnecessária. Como será visto, essa temperatu-ra mínima de 1200°C também permite que a laminação a quente seja execu-tada satisfatoriamente em toda a fase austenítica em um laminador contínuode laminação a quente; e

- o produto semi-acabado é laminado a quente com uma tempe-ratura final de laminação Ter de 900°C ou maior. Dessa forma, a laminação éexecutada completamente na fase austenítica na qual a solubilidade do car-bonitreto de vanádio é maior e na qual a probabilidade de precipitação deV(CN) é reduzida. Pela mesma razão, a chapa assim obtida é então resfria-da a uma taxa de resfriamento Vc de 20°C/s ou maior, de modo a evitar quepos carbonitretos de vanádio se precipitem na ferrita. Esse resfriamento po-de, por exemplo, ser executado por meio de pulverização de água na chapa.

Se for desejado produzir-se uma chapa laminada a quente con-forme a invenção, a chapa obtida é bobinada a uma temperatura de 450°Cou menos. Dessa forma, o enxágüe quase isotérmico associado com essaoperação de resfriamento resulta na formação de uma microestrutura consis-tindo em bainita, ferrita, austenita residual e, opcionalmente, uma pequenaquantidade de martensita, e também leva ao endurecimento da precipitaçãode carbonitreto de vanádio. Quando a temperatura de bobinamento é 400°Cou menos, o alongamento total e o alongamento uniforme são aumentados.

Mais particularmente, a temperatura Ter do final da laminação, ataxa de resfriamento Vc e a temperatura de bobinamento Tb0bina serão esco-lhidas de tal forma que a microestrutura tenha um teor de austenita residualde entre 8 e 20%. Quando a quantidade de austenita residual for menor que8%, um efeito plasticidade induzida por tranformação suficiente não pode serdemonstrado nos testes mecânicos. Em particular, os testes de tração mos-tram que o coeficiente de encruamento η é menor que 0,2 e rapidamentediminui com a tensão ε. O critério de considerar se aplica a esses aços e afalha ocorre quando η = Etrue, o alongamento sendo, portanto, grandementelimitado. No caso do comportamento plasticidade induzida por tranformação,a austenita residual é progressivamente transformada em martensita durantea deformação , η sendo maior que 0,2 , e ocorre estiramento para tensõesmais altas.

Quando o teor de austenita residual é maior que 20%, a austeni-ta residual formada sob essas condições tem um teor de carbono relativa-mente baixo e é desestabilizado muito facilmente durante a fase subseqüen-te de deformação ou de resfriamento.

Entre os parâmetros Ter, Vc e Tbobina escolhidos para se obteruma quantidade de austenita residual de entre 8 e 20%, os parâmetros Vc eTbobina são os mais importantes:

- a taxa de resfriamento mais rápida possível Vc será escolhidade modo a evitar a transformação perlítica (que iria contra a obtenção de umteor de austenita residual entre 8 e 20%), enquanto ainda permanece comas capacidades controladas de uma linha industrial de modo a se obter umahomogeneidade microestrutural tanto na direção longitudinal quanto natransversal da chapa laminada a quente; e

- a temperatura de bobinamento será escolhida suficientementebaixa para evitar a transformação perlítica. Isto resultaria na transformaçãobainítica incompleta e um teor de austenita residual de menos de 8%.

Preferivelmente1 os parâmetros Ter, Vc e Tb0bina serão escolhidosde tal forma que a microestrutura da chapa de aço laminada a quente con-tém menos de 2% de martensita. Caso contrário, o alongamento é reduzido,como é também reduzida a energia de absorção correspondente à área soba curva limite de tração-tensão (σ-ε). Quando a martensita desta presenteem uma quantidade excessiva, o comportamento mecânico resultante seaproxima daquele de um aço de fase dual com um alto valor inicial do coefi-ciente de encruamento n, que diminui quando a razão de deformação au-menta. Otimamente1 a microestrutura não contém martensita.

Entre os parâmetros Ten Vc e Tbobina escolhidos com o propósitode se obter um teor de martensita de menos de 2%, os parâmetros mais im-portantes são:

- a taxa de resfriamento Vc, que deve ser tão rápida quanto pos-sível para evitar a transformação perlítica, mas esse resfriamento não deveresultar em uma temperatura abaixo de Ms, essa última temperatura deno-tando a temperatura de partida da martensita característica da composiçãoquímica do aço usado.

- pela mesma razão, será escolhida uma temperatura de bobi-namento acima de Ms;

- Também preferivelmente, os parâmetros Ter, Vc e Tbobina serãoescolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residualda microestrutura não excede 2 mícrons, Isto é porque quando a austenita étransformada em martensita pela diminuição da temperatura ou por defor-mação, as ilhas de martensita com um tamanho médio maior que 2 mícronsdesempenham um papel preferencial no dano, como resultado da perda decoesão com a matriz;- preferivelmente os parâmetros Ter, Vc e Tb0bina serão escolhidosmais particularmente de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austeni-ta residual da microestrutura não exceda 1 mícron, de modo a aumentar suaestabilidade, para limitar danos nas interfaces matriz/ilha e para empurrar oestuamento de volta para maiores razões de deformação.

Com o propósito de se obter ilhas de austenita residual fina, se-rão escolhidos os seguintes:

- uma temperatura final de laminação Ter não muito alta na regi-ão de austenita de modo a se obter um tamanho de grão de austenita relati-vãmente fino antes da transformação alotrópica; e

- a taxa de resfriamento Vc mais rápida possível para evitar atransformação perlítica.

Para produzir uma chapa laminada a frio conforme a invenção, oprocesso começa com a produção de uma chapa laminada a quente con-forme uma das variantes apresentadas acima. Isto é porque os inventoresdescobriram que a microestrutura e as propriedades mecânicas obtidas parao processo de produção envolvendo laminação a frio e recozimento, queserá explicado abaixo, depende relativamente pouco das condições de pro-dução dentro dos limites das variantes do processo que foram explicadasacima, em particular das variações na temperatura de bobinamento Tb0bina·Assim, o processo para produzir-se chapas laminadas a frio tem a vantagemde ser amplamente insensível às variações fortuitas das condições para pro-dução de chapas laminadas a quente.

Entretanto, uma temperatura de bobinamento de 400°C ou abai-xo será preferivelmente escolhida, de modo a manter mais vanádio na solu-ção sólida, de modo a estar disponível para precipitação durante o recozi-mento subseqüente da chapa laminada a frio.

A chapa laminada a quente é decapada usando-se um processoconhecido de per si, de modo a dar-lhe um acabamento de superfície ade-quado para a laminação a frio. Isto é executado sob condições padrão, porexemplo, reduzindo-se a espessura da chapa laminada a quente em 30 a 75%.E então executado um tratamento de recozimento adequado pa-ra recristalizar a estrutura endurecida por trabalho a frio e para dar a micro-estrutura particular de acordo com a invenção. Esse tratamento, preferivel-mente executado por recozimento contínuo, compreende as seguintes fasessucessivas:

- uma fase de aquecimento com uma taxa de aquecimento Vhsde 2°C/s ou maior, até uma temperatura Ts que cai dentro de uma regiãointercrítica, quer dizer, uma temperatura entre a temperatura de transforma-ção Aci e AC3. Durante essa fase de aquecimento foi observado o seguinte:recristalização da estrutura endurecida por trabalho a frio; dissolução da ce-mentita; crescimento da austenita acima da temperatura de transformaçãoAci; e precipitação dos carbonitretos de vanádio na ferrita. Esses precipita-dos de carbonitreto são muito pequenos, tendo tipicamente um diâmetro demenos de 5 nanômetros, após essa fase de aquecimento.

Quando a taxa de aquecimento é menor que 2°C/s, a fração devolume do vanádio precipitado decresce. Em adição, a produtividade da pro-dução é excessivamente reduzida; e

- uma fase de enxágüe em uma temperatura intercrítica Ts deentre Aci e Ac3 por um tempo tm entre 10 s e 200 s. Sob essas condiçõesbem-definidas, os inventores demonstraram que a precipitação de carboni-tretos de vanádio na ferrita continua praticamente sem qualquer precipitaçãona fase austenítica recém formada. A fração de volume dos precipitadosaumenta em paralelo com um aumento no diâmetro médio desses precipita-dos. Assim, é obtido um endurecimento particularmente eficaz da ferrita in-tercrítica.

A chapa então sofre um resfriamento rápido a uma taxa Vcs mai-or que 15°C/s quando a temperatura estiver abaixo de Ar3. O resfriamentorápido quando a temperatura estiver abaixo de Ar3 é importante para limitara formação de ferrita antes da transformação bainítica. Essa fase de resfria-mento rápido quando a temperatura está abaixo de Ar3 pode opcionalmenteser precedida por uma fase de resfriamento mais lento começando a partirda Temperatura Ts.Durante essa fase de resfriamento, os inventores demonstraramque não há praticamente nenhuma precipitação complementar dos carboni-tretos de vanádio na fase ferrítica.

A seguir, um enxágüe a uma temperatura T1s é executado entre300°C e 500°C por um tempo de enxágüe t's entre 10 s e 1000 s. Isto resul-ta, portanto, em transformação bainítica e enriquecimento do carbono nasilhas de austenita residual em uma quantidade tal que essa austenita residu-al é estável mesmo após o resfriamento até a temperatura ambiente.

Preferivelmente a temperatura de enxágüe Ts está entre 770 e815°C - pode haver recristalização insuficiente abaixo de 770°C. Acima de815°C a fração da austenita intercrítica formada é muito alta e o endureci-mento da ferrita por precipitação de carboneto de vanádio é menos eficaz.Isto se dá porque o teor de ferrita intercrítica é menor, como é menor a quan-tidade total de vanádio precipitado, o vanádio sendo, ao contrário, solúvel naaustenita. Além disso, os precipitados de carbonitreto de vanádio que seformam têm uma maior tendência para embrutecer e se aglutinar a alta tem-peratura.

De acordo com um método preferido de implementação da in-venção, após a etapa de laminação a frio, a chapa é feita sofrer um trata-mento térmico de recozimento, os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vs, T1s e t's que sãoescolhidos de tal forma que a microestrutura do aço obtida consiste em ferri-ta, bainita e austenita, e opcionalmente martensita. Vantajosamente os pa-râmetros serão escolhidos de tal forma que o teor de austenita residual estáentre 8% e 20%. Esses parâmetros serão preferivelmente escolhidos deforma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual não exceda 2mícrons, e otimamente não exceda 1 mícron. Esses parâmetros serão tam-bém escolhidos de tal forma que o teor de martensita seja menor que 2%.Otimamente, a microestrutura não contém martensita.

Para alcançar esses resultados, a escolha dos parâmetros Ts, ts,Vcs e T1s é mais particularmente importante:

- Ts, a temperatura da região intercrítica entre as temperaturasde transformação Aci e Ac3 (temperatura de partida da austenita e tempera-tura final da austenita, respectivamente), deve ser escolhida de modo a seobter pelo menos 8% de austenita formada a alta temperatura. Esta condi-ção é necessária de forma que a estrutura após o resfriamento contenhapelo menos 8% de austenita residual. Entretanto, a temperatura Ts não deveestar muito próxima de AC3 para evitar o crescimento do grão de austenita aalta temperatura, o que resultaria conseqüentemente nas ilhas de austenitaresidual serem muito grandes;

- o tempo ts deve ser escolhido para ser suficientemente longopara a transformação parcial da austenita ter tempo de ocorrer;

- a taxa de resfriamento Vcs deve ser suficientemente rápida paraevitar a formação de perlita, que não permitiria os resultados pretendidosacima fossem obtidos; e

- a temperatura T1s será escolhida de forma que a transformaçãoda austenita formada durante o enxágüe à temperatura Ts seja uma trans-formação bainítica e leve ao enriquecimento do carbono suficiente para queessa austenita formada a alta temperatura seja estabilizada em uma quanti-dade variando de 8 a 20%.

Os resultados a seguir mostram, por meio de exemplos não Iimi-tativos, as características vantajosas conferidas pela invenção.

Exemplo 1:

Aços com a composição dada na tabela abaixo, expressos emporcentagens em peso, foram fundidos. Exceto os aços Invl a Inv3 confor-me a invenção, a composição de um aço de referência R1 é dada por meiode comparação.

Tabela I:

Composições de aço em % em peso (Inv = conforme a invenção;R = referência)

<table>table see original document page 17</column></row><table>(*): em desacordo com a invenção

Produtos semi-acabados correspondentes às composições aci-ma foram reaquecidos até 1200°C e laminados a quente de tal forma que atemperatura de laminação foi acima de 900°C. As chapas de 3 mm de es-pessura assim obtidas foram resfriadas a uma taxa de 20°C/s pela pulveri-zação de água e então bobinadas a uma temperatura de 400°C. As proprie-dades de tração obtidas (limite de elasticidade Re, limite de resistência à tra-ção Rm, alongamento uniforme Au e alongamento total At) são dadas na Ta-bela 2 abaixo. É também dada a temperatura de transição dúctil-frágil de-terminada por meio de espécimes de Charpy com fenda em V de espessurareduzida (e = 3 mm). A tabela também indica o teor de austenita residualmedido por difração de raios-x.

Tabela 2:

Propriedades de tração, temperatura de transição e teor de aus-tenita residual da chapa laminada a quente

<table>table see original document page 18</column></row><table>

n.d. = não determinado

As chapas produzidas conforme a invenção têm uma resistênciaà tração muito alta de substancialmente acima de 800 MPa para um teor decarbono de cerca de 0,22%. Sua microestrutura é composta de ferrita, baini-ta e austenita residual, juntamente com martensita em uma quantidade me-nor que 2%. No caso do aço Inv3 (10,8% de teor de austenita residual), aconcentração de carbono das ilhas de austenita residual é de 1,36% em pe-so. Isto significa que a austenita é suficientemente estável para se obter umefeito plasticidade induzida por tranformação conforme mostrado pelo com-portamento observado durante os testes de tração executados nessas cha-pas de aço.A chapa do aço de referência R1, tendo uma estrutura bainita-perlita com um teor de austenita residual muito baixo, não apresenta com-portamento plasticidade induzida por tranformação. Seu limite de resistênciaà tração é menor que 800 MPa, isto é, um nível consideravelmente abaixodaquele dos aços da invenção.

O aço Inv2 conforme a invenção também tem excelente tenaci-dade, uma vez que sua temperatura de transição dúctil-frágil (-35°C) é con-sideravelmente menor que aquela do aço de referência (0°C).

Exemplo 2

Chapas laminadas a quente com 3 mm de espessura dos açosInv2 e R1, produzidas conforme o Exemplo 1, foram laminadas a frio atéuma espessura de 0,9 mm. Um tratamento térmico de recozimento foi entãoexecutado, compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de 5°C/s,uma fase de enxágüe a uma temperatura de enxágüe Ts de entre 775 e815°C (essas temperaturas caindo dentro da faixa AC1-AC3) por um tempo deenxágüe de 180 s, seguido de uma primeira fase de resfriamento a 6-8°C/s eentão uma fase de resfriamento a 20°C/s em uma faixa onde a temperaturaestá abaixo de Ar3, uma fase de enxágüe a 400°C por 300 s, para formar ba-inita, e uma fase de resfriamento final a 5°c/S.

A microestrutura assim obtida foi observada, após causticaçãocom causticante Klemm, que revelou as ilhas de austenita residual. O tama-nho médio dessas ilhas foi medido por meio de um software de imagem deanálise.

No caso do aço de referência R1, o tamanho médio da ilha foi de1,1 mícron. No caso do aço Inv2 conforme a invenção, a microestrutura geralfoi mais fina, com um tamanho médio de ilha de 0,7 mícrons. Além disso,essas ilhas eram mais equiaxiais por natureza. Em particular, no caso doaço Inv2, essas características reduziram as concentrações de estresse nasinterfaces matriz/ilha.

As propriedades mecânicas após a laminação a quente e o re-cozimento são as seguintes:Tabela 3:

Propriedades de tração da chapa laminada a frio e recozida

<table>table see original document page 20</column></row><table>

n.d. = não determinado

O aço Inv2 produzido conforme a invenção tem uma resistênciaà tração dé mais que 900 MPa. Para uma temperatura de enxágüe compa-rável Ts, sua resistência é consideravelmente maior que aquela do aço dereferência.

Os aços laminados a frio e recozidos conforme a invenção têmpropriedades mecânicas que são grandemente insensíveis a pequenas vari-ações em certos parâmetros de produção, tais como a temperatura de bobi-namento e a temperatura de recozimento Ts.

Assim, a invenção torna possível produzir-se aços apresentandocomportamento plasticidade induzida por tranformação com uma resistênciaaumentada. As peças produzidas a partir de uma chapa de aço conforme ainvenção são Iucrativamente usadas para a produção de componentes estru-turais de elementos de reforço no campo automobilístico.

Claims (30)

1. Composição para a produção de aço apresentando um com-portamento plasticidade induzida por transformação, compreendendo,os teo-res sendo expressos em % em peso:-0,08% < C < 0,23%-1 % < Mn < 2%-1 % < Si < 2%Al <0,030%-0,1% < V < 0,25%Ti <0,010%S <0,015%P <0,1%-0,004% < N < 0,012%,e, opcionalmente, um ou mais elementos escolhidos entre:Nb <0,1%Mo < 0,5%Cr < 0,3%,o saldo da composição consistindo em ferro e nas inevitáveis impurezas re-sultantes da fusão.

2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que ela compreende, o teor sendo expresso em % em peso:- 0,08% < C <0,13%.

3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que ela compreende, o teor sendo expresso em % em peso:- 0,13% < C <0,18%.

4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que ela compreende, o teor sendo expresso em % em peso:- 0,18% < C < 0,23 %.

5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações- 1 a 4, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo expressoem % em peso: 1,4% < Mn < 1,8%.

6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações- 1 a 5, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo expressoem % em peso: 1,5% < Mn < 1,7%.

7. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações- 1 a 6, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo expressoem % em peso: 1,4% < Si < 1,7%.

8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações- 1 a 7, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo expressoem % em peso: Al < 0,015%.

9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações- 1 a 8, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo expressoem % em peso: 0,12% < V < 0,15%.

10. Composição de acordo com qualquer uma das reivindica-ções 1 a 9, caracterizada pelo fato de que ela compreende, o teor sendo ex-presso em % em peso: Ti < 0,005%.

11. Chapa de aço da composição como definida em qualqueruma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a microestru-tura do mencionado aço consiste em ferrita, bainita, austenita residual e, op-cionalmente, martensita.

12. Chapa de aço da composição de acordo com a reivindicação- 11, caracterizada pelo fato de que a microestrutura do mencionado aço temum teor de austenita residual de entre 8 e 20%.

13. Chapa de aço da composição de acordo com a reivindicação- 11 ou 12, caracterizada pelo fato de que a microestrutura do mencionadoaço tem um teor de martensita de menos de 2%.

14. Chapa de aço da composição de acordo com qualquer umadas reivindicações 11 a 13, caracterizada pelo fato de que o tamanho médiodas ilhas de austenita residual não excede 2 mícrons.

15. Chapa de aço da composição de acordo com qualquer umadas reivindicações 11 a 14, caracterizada pelo fato de que o tamanho médiodas ilhas de austenita residual não excede 1 mícron.

16. Processo para produção de uma chapa laminada a quenteapresentando comportamento plasticidade induzida por transformação,noqual:- é fornecida uma composição conforme qualquer uma das rei-vindicações 1 a 10;- um produto semi-acabado é Iingotado a partir desse aço;- o mencionado produto semi-acabado é elevado a uma tempe-ratura acima de 1200°C;- o mencionado produto semi-acabado é laminado a quente;- a chapa assim obtida é resfriada;- a mencionada chapa é bobinada,caracterizado pelo fato de que a temperatura Ter da extremidade da mencio-nada laminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a tempe-ratura TcoN do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma que amicroestrutura do mencionado aço consiste em ferrita, bainita, austenita re-sidual e, opcionalmente, martensita.

17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que a temperatura Ter da extremidade da mencionada lamina-ção a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperatura Tc0N domencionado bobinamento são escolhidas de tal forma que a microestruturado mencionado aço tenha um teor de austenita residual de entre 8 e 20%.

18. Processo de acordo com a reivindicação 16 ou 17, caracteri-zado pelo fato de que a temperatura Ter da extremidade da mencionada la-minação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperaturaTcoíi do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma que a microes-trutura do mencionado aço tenha um teor de martensita de menos de 2%.

19. Processo de acordo com as reivindicações 16 a 18, caracte-rizado pelo fato de que a temperatura Ter da extremidade da mencionadalaminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperaturaTcoíi do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma o tamanhomédio das ilhas de austenita residual não excede 2 mícrons.

20. Processo de acordo com as reivindicações 16 a 19, caracte-rizado pelo fato de que a temperatura Ter da extremidade da mencionadalaminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperaturaTcoii do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma o tamanhomédio das ilhas de austenita residual não excede 1 mícron.

21. Processo para produção de uma chapa laminada a quentede acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a tempera-tura Ter da extremidade da mencionada laminação a quente é de não menosque 900°C, a taxa Vc do mencionado resfriamento é de não menos que- 20°C/s e a temperatura Tcoíi do mencionado bobinamento está abaixo de- 450°C.

22. Processo conforme a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que a temperatura de bobinamento Tc0N está abaixo de 400°C.

23. Processo para a produção de uma chapa laminada a frio a-presentando comportamento plasticidade induzida por transformação, noqual:- é fornecida uma chapa de aço laminada a quente produzida deacordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 22;- a mencionada chapa é decapada;- a mencionada chapa é laminada a frio; e- à mencionada chapa é aplicado um tratamento térmico de re-cozimento, o mencionado tratamento térmico compreendendo uma fase deaquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs. Uma fase de encharque auma temperatura de encharque Ts por um tempo de encharque ts seguido deuma fase de resfriamento as uma taxa de resfriamento Vcs quando a tempe-ratura está abaixo da Ar3, seguido de uma fase de encharque a uma tempe-ratura de encharque T1s por um tempo de encharque t's, caracterizado pelofato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t's são escolhidos de tal formaque a microestrutura do mencionado aço consiste em ferrita, bainita, austeni-ta residual e, opcionalmente, martensita.

24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizadopelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t's são escolhidos de talforma que a microestrutura do mencionado aço tem um teor de austenitaresidual de entre 8 e 20%.

25. Processo de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracteri-zado pelo fato de que os parâmetros Vhs> Ts, ts, Vcs, T1s e t's são escolhidosde tal forma que a microestrutura do mencionado aço tem um teor de mar-tensita de menos de 2%.

26. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações- 23 a 25, caracterizado pelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t'ssão escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita re-sidual é de menos de 2 mícrons.

27. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações- 23 a 26, caracterizado pelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T1s e t'ssão escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita re-sidual é de menos de 1 mícron.

28. Processo para produção de uma chapa laminada a frio apre-sentando um comportamento plasticidade induzida por transformação deacordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a mencionadachapa sofre um tratamento térmico de recozimento, o mencionado tratamen-to térmico compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de aque-cimento Vhs de 2°C/s ou maior, uma fase de encharque a uma temperaturade encharque Ts de entre Aci e AC3 por um tempo de encharque ts de entre- 10 e 200 s, seguido de uma fase de resfriamento a uma taxa de resfriamentoVcs de mais de 15°C/s quando a temperatura estiver abaixo da Ar3, seguidode uma fase de encharque a uma temperatura T1s de entre 300 e 500°C porum tempo de encharque t's de entre 10 e 1000 s.

29. Processo de acordo com a reivindicação 28, caracterizadopelo fato de que a mencionada temperatura de encharque Ts está entre 770e 815°C.

30. Uso de uma chapa de aço conforme reivindicada em qual-quer uma das reivindicações 11a 15, ou produzida por um processo con-forme qualquer uma das reivindicações 16 a 29, para a produção de compo-nentes estruturais ou de elementos de reforço no campo automobilístico.