BRPI0614391B1 - composição para a produção de aço, chapa de aço, processos para produção de uma chapa laminada à quente e à frio e uso de uma chapa de aço. - 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

"COMPOSIÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE AÇO, CHAPA DE AÇO, PROCESSOS PARA PRODUÇÃO DE UMA CHAPA LAMINADA À QUENTE E À FRIO E USO DE UMA CHAPA DE AÇO” [001] A presente invenção refere-se à produção de chapa de aço, mais partícularmente chapa de aço plasticidade induzida por transformação (Plasticidade Induzida por Transformação), quer dizer, na qual o aço apresenta plasticidade induzida por uma transformação alotrópica, [002] Na indústria automobilística, há uma necessidade contínua de tomar os veículos mais leves, resultando na busca por aços de maior tensão de escoamento ou limite de resistência à tração. Assim, foram propostos aços de alta resistência que continham elementos de microligação. O endurecimento é obtido ao mesmo tempo pela precipitação e pelo refino do tamanho do grão.

[003] Com o objetivo de obter níveis de resistência ainda maiores, foram desenvolvidos aços plasticidade induzida por transformação que apresentava combinações vantajosas de propriedades (resistência/capacidade de 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 um aumento no teor de elementos tais como silício e alumínio, elementos esses que retardam a precipitação de carbonetos na bainita. Uma chapa laminada a frio feita de aço plasticidade induzida por transformação é produzida pelo reaquecimento do aço, durante o recozimento, em uma região onde ocorre a austenitização parcial, seguido de resfriamento rápido para evitar a formação de perlita e então fazer o encharque isotérmico na região da bainita: uma parte da austenita é convertida para bainita enquanto outra parte é estabilizada pelo aumento do teor de carbono das ilhas de austenita residual. Assim, a presença inicial de austenita residual dúctil é associada a uma alta capacidade de deformação. Sob esse efeito de deformação subseqüente, por exemplo, durante uma operação de estampagem, a austeníta residual de uma parte feita de aço plasticidade induzida por transformação é progressivamente transformada em martensita» resultando em endurecimento substancial. Um aço apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação torna, portanto, possível garantir uma alta capacidade de deformação e uma alta resistência, essas duas propriedades sendo geralmente mutuamente exclusivas. Esta combinação fornece o potencial para absorção de alta energia, uma qualidade tipicamente buscada na indústria automobilística para peças resistentes ao impacto.

[004] O carbono desempenha um papel importante na produção de aços plasticidade induzida por transformação; ínícialmente, sua presença em quantidade suficiente dentro das ilhas de austenita residual é necessária de forma que a temperatura da transformação martensítica local seja reduzida para abaixo da temperatura ambiente. Em segundo lugar, ele é geralmente adicionado para aumentar a resistência de forma barata.

[005] Entretanto, esta adição de carbono deve permanecer limitada para garantir que a soldabilidade dos produtos permaneça satisfatória, caso contrário à ductilidade dos conjuntos soldados e a resistência às fraturas a frio são reduzidas. O que é, portanto, buscado, é um processo de produção para aumentar a resistência da chapa de aço plasticidade induzida por transformação, em particular para acima de 900-1100 MPa para um teor de carbono de 0,2% em peso, sem que o alongamento total seja reduzido para abaixo de 18%. Um aumento na resistência de mais de 100 MPa sobre os níveis atuais é desejável.

[006] É também desejável a obtenção de um processo para produção de chapa de aço laminada a quente ou laminada a frio que seja grandemente insensível a pequenas variações nas condições de produção industrial, em particular a variações de temperatura. Assim, é buscado obter-se um produto caracterizado por uma microestrutura propriedades mecânicas que sejam grandemente insensíveis a pequenas variações nesses parâmetros de produção. É também buscada a obtenção de um produto muito duro que ofereça excelente resistência à fratura, [007] O objetivo da presente invenção é resolver os problemas acima mencionados.

[008] Com esse propósito, o objetivo da invenção é uma composição para a produção de aço apresentando um comportamento plasticidade induzida por transformação, compreendendo, com os teores 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 das inevitáveis impurezas resultantes da fusão.

[009] Preferivelmente o teor de carbono é tal que: 0,08% < C < 0,13%.

[0010] De acordo com uma configuração preferida, o teor de carbono é tal que: 0,13% < C < 0,18%.

[0011] Também preferivelmente o teor de carbono é tal que 0,18% < C < 0,23%.

[0012] Preferivelmente o teor de manganês é tal que: 1,4% < Mn < 1,8%.

[0013] Também preferivelmente, o teor de manganês satisfaz a relação: 1,5% < Mn < 1,7%.

[0014] Preferivelmente o teor de silício é tal que: 1,4% < Si < 1,7%.

[0015] Preferivelmente o teor de alumínio satisfaz a relação: Al < 0,015%, [0016] De acordo com uma configuração preferida, o teor de vanádío é tal que: 0,12% < V < 0,15%.

[0017] Também preferivelmente o teor de titânio é tai que: Ti < 0,005%, [0018] O objetivo da invenção é também uma chapa de aço da composição acima, cuja microestrutura consiste em ferrita, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita.

[0019] De acordo com uma configuração preferida, a microestrutura do aço tem um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

[0020] A microestrutura do aço tem preferivelmente um teor de martensita de menos de 2%, [0021] Preferivelmente, o tamanho médio das ilhas de austenita residual não excede 2 micra.

[0022] O tamanho médio das ilhas de austenita residual preferivelmente não excede 1 mícron.

[0023] O objetivo da invenção é também um processo para produção de uma chapa laminada a quente apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação, na qual: - é fornecido um aço conforme qualquer uma das composições acima; - um produto semi-acabado é lingotado a partir desse aço; - o mencionado produto semi-acabado é aquecido até uma temperatura 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 Iam inação a quente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura T^ma do bobinamento sendo escolhidas de tal forma que a microestrutura do aço consiste em ferrita, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita, [0024] Preferivelmente, a temperatura Ter do final da laminação a quente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tbot)lna de bobinamento são escolhidas de tai forma que a microestrutura do aço tem um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

[0025] Também preferivelmente a temperatura Ter do final da laminação a quente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura de bobinamento são escolhidas de tal forma que a microestrutura do aço tem um teor de martensita de menos de 2%.

[0026] Preferivelmente, a temperatura Ter do finai da laminação a quente, a taxa Vc de resfriamento e a temperatura Tt»bina de bobinamento são escolhidas de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual não excede 2 micra, e muito preferivelmente é menor que 1 mícron, [0027] O objetivo da invenção é também um processo para produção de uma chapa laminada a quente apresentando um comportamento plasticidade induzida por transformação, na qual: - o produto semi-acabado é laminado a quente com uma temperatura final de laminação Ter de 900 °C ou maior; - a chapa assim obtida é resfriada a uma taxa de resfriamento Vc de 20°C/s ou maior; e - a chapa é bobinada a uma temperatura Tb0bína abaixo de 450 °C.

[0028] Preferivelmente a temperatura de bobinamento Tbobma está abaixo de 400 °C.

[0029] O objetivo da invenção é também um processo para produção de uma chapa laminada a frio apresentando um comportamento plasticidade induzida por transformação, no qual é fornecida uma chapa de aço laminada a quente produzida conforme qualquer um dos métodos descritos acima, a chapa é decapada, a chapa é laminada a frio, e a chapa sofre um tratamento térmico de recozimento, o tratamento térmico compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs, uma fase de encharque a uma temperatura de encharque Ts por um tempo de encharque ts seguido d uma fase de resfriamento a uma taxa de resfriamento Vcs quando a temperatura for abaixo de Ar3, seguido de uma fase de encharque a uma temperatura de encharque T‘s por um tampo de encharque t's , os parâmetros Vhs, T5, ts, Vcs, T5 e t’s sendo escolhidos de forma que a microestrutura do mencionado aço consista de ferrita, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita.

[0030] De acordo com uma configuração preferida, os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T’s e t’s são escolhidos de tal forma que a microestrutura do aço tenha um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

[0031] Também preferivelmente os parâmetros VhS) Ts, ts, Vts, Ts e fs são escolhidos de tal forma que a microestrutura do aço contenha menos que 2% de martensita.

[0032] De acordo com uma configuração preferida, os parâmetros VhS, T* ts, Vcs, T’s e t’s são escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual seja menor que 2 micra, muito preferivelmente menor que 1 mícron.

[0033] O objetivo da invenção é também um processo para produção de uma chapa laminada a frio apresentando um comportamento plasticidade induzida por transformação conforme o qual a chapa é feita submeter-se a um tratamento térmico por recozimento, o tratamento térmico compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs de 2€/s ou maior, uma fase de encharque a uma temperatura de encharque Ts entre Ac, e Ac3 por um tempo de encharque ts entre 10 e 200 s, seguido por uma fase de resfriamento a uma taxa de resfriamento Vcs de mais de 15°C/s quando a temperatura estiver abaixo de Ar3, seguido de uma fase de encharque a uma temperatura T's entre 300 e 500 °C por um tempo de encharque t's entre 10 e 1000 s.

[0034] A temperatura de encharque Ts está preferivelmente entre 770 e 815¾.

[0035] O objetivo da invenção é também o uso de uma chapa de aço apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação, de acordo com uma das configurações descritas acima, ou produzidas por um dos processos descritos acima, para a produção de componentes estruturais ou de elementos de reforço no campo automobilístico.

[0036] Outras características e vantagens da invenção tornar-se-ão aparentes durante o curso da descrição abaixo, que é dada como exemplo.

[0037] Em relação à composição química do aço, o carbono desempenha um papel muito importante na formação da microestrutura e das propriedades mecânicas. De acordo com a invenção, uma transformação bainítica ocorre de uma estrutura austenítica formada a alta temperatura, e são formadas ripas de ferrita bainítica. Devido à solubílidade muito baixa do carbono na ferrita comparada com a austenita, o carbono da austenita é rejeitado entre as ripas. Graças a certos elementos de ligação na composição do aço de acordo com a invenção, em particular silício e manganês, a precipitação de carbonetos, especialmente cementita, dificilmente ocorre. Assim, a austenita íntertíras torna-se progressivamente enriquecida com carbono, sem a ocorrência de precipitação de carbonetos. Esse enriquecimento é tai que a austenita pré-estabilizada, o que quer dizer que a transformação martensítica desta austenita não ocorre no resfriamento até a temperatura ambiente. De acordo 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 0,08 a 0,13% em peso. Em uma segunda faixa preferida, o teor de carbono é maior que 0,13% mas não excede 0,18% em peso. O teor de carbono está dentro de uma terceira faixa preferida, na qual este é maior que 0,18% mas não excede 0,23% em peso.

[0038] Uma vez que o carbono é um elemento particularmente importante para o endurecimento, o teor mínimo de carbono de cada uma das três faixas preferidas torna possível alcançar uma resistência mínima de 600 MPa, 800 MPa e 950 MPa na chapa laminada a frio e recozida, para cada uma das respectivas faixas acima, O teor máximo de carbono de cada uma das três faixas torna possível garantir uma soldabilidade satisfatória, especialmente para solda por pontos, se o nível de resistência obtido em cada uma dessas três faixas preferidas é levada em conta.

[0039] Adicionando-se manganês, um elemento que induz a fase gama, em uma quantidade entre 1 e 2% em peso contribui para reduzir a temperatura de partida da martensita Ms e para estabilizar a austenita. Esta adição de manganês também precipita em solução sólida de endurecimento eficaz e, portanto, em aumentar a resistência. O teor de manganês está preferivelmente entre 1,4 e 1,8% em peso: dessa forma um endurecimento satisfatório é combinado com uma estabilidade melhorada da austenita, sem provocar correspondentemente uma excessiva capacidade de endurecimento nos conjuntos 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 risco de formar uma estrutura combinada prejudicial, que surge de qualquer segregação do manganês durante a solidificação.

[0040] O silício em uma quantidade entre 1 e 2% em peso inibe a precipitação de cementita durante o resfriamento da austenita, consideravelmente retardando o crescimento dos carbonetos. Isto se deriva do fato de que a solubilidade do silício na cementita é muito baixa, esse elemento aumenta a atividade do carbono na austenita. Qualquer formação de semente de cementita será, portanto, cercada por uma região austenítica rica em silício, que tinha sido rejeitado na interface precipitado/matriz, Esta austenita enriquecida com silício é também mais rica em carbono e o crescimento de cementita é retardado devido à pequena difusão» resultando do gradiente de baixo carbono, entre a cementita e a região de austenita vizinha, Esta adição de silício, portanto, ajuda a estabilizar uma quantidade suficiente de austenita residual para se obter um efeito plasticidade induzida por transformação, Além disso, esta adição de silício aumenta a resistência pelo endurecimento da solução sólida. Entretanto, uma adição excessiva de silício provoca a formação de óxidos altamente aderentes, que são difíceis de remover durante a operação de decapagem, e a aparência possível dos defeitos de superfície devido especialmente a uma falta de capacidade de molhamento nas operações de galvanização por imersão a quente. Para estabilizar uma quantidade suficiente de austenita, enquanto ainda reduz o risco de defeitos de superfície, o teor de silício está preferivelmente entre 1,4 e 1,7% em peso, [0041] O alumínio é um elemento muito eficaz para desoxidar o aço. Como o silício, ele tem uma solubilidade muito baixa na cementita e pode ser usado a esse respeito para evitar a precipitação de cementita durante o encharque a uma temperatura de transformação bainítica e para estabilizar a austenita residual. Entretanto, de acordo com a invenção, o teor de alumínio não excede 0,030% em peso uma vez que, como será visto abaixo» um endurecimento muito eficaz é obtido por meio de precipitação de carbonitreto de vanádio. Quando o teor de alumínio é maior que 0,030%, há o risco de precipitação de nitreto de alumínio, que analogamente reduz a quantidade de nitrogênio capaz de precipitar com o vanádio. Preferivelmente, quando esta quantidade é igual a 0,015% em peso ou menos, qualquer risco de precipitação de nitreto de alumínio é eliminado e o efeito completo do endurecimento pela precipitação de carbonitreto de vanádio é obtido.

[0042] Pela mesma razão, o teor de titânio não excede 0,010% em peso de modo a não precipitar uma quantidade significativa de nitrogênio na forma de nitretos ou carbonitretos de titânio. Devido à alta afinidade de titânio por nitrogênio, o teor de titânio preferivelmente náo excede 0,005% em peso. Tal teor de titânio, portanto, evita a precipitação de (Ti, V)N na chapa laminada a quente.

[0043] O vanádio e o nitrogênio são elementos importantes na invenção. Os inventores demonstraram que, quando esses elementos estão presentes nas quantidades definidas conforme a invenção, eles se precipitam na forma de carbonitretos de vanádio muito finos associado com um substancial endurecimento. Quando o teor de vanádio for menor que 0,1% em peso ou quando o teor de nitrogênio for menor que 0,004% em peso, a precipitação de carbonitreto de vanádio é limitada e o endurecimento é insuficiente. Quando o teor de vanádio for maior que 0,25% em peso ou quando o teor de nitrogênio for maior que 0,012% em peso, a precipitação ocorre em uma etapa muito cedo após a Iam inação a quente na forma de precipitados mais brutos. Devido ao tamanho desses precipitados, o endurecimento potencial de vanádio não é totalmente utilizado, mais particularmente quando ele é pretendido para produção de uma chapa de aço laminada a frio e recozida. Nesse último caso, os inventores demonstraram que é necessário limitar a precipitação de vanádio na etapa de ia mi nação a quente de modo a utilizar mais completamente a precipitação de endurecimento fino que ocorre durante um recozimento subsequente. Em adição, limitando-se a precipitação de vanádio nessa etapa, é possível reduzir-se as forças necessárias durante a subseqüente laminaçâo a frio e, portanto, otimizar a performance das instalações industriais.

[0044] Quando o teor de vanádio está entre 0,12 e 0,15% em peso, o alongamento uniforme do alongamento na fratura é particularmente aumentado.

[0045] 0 enxofre, em uma quantidade de mais de 0,015% em peso, tende a se precipitar excessivamente na forma de sulfetos de manganês que reduzem grandemente a capacidade de conformação.

[0046] O fósforo é um elemento conhecido por segregar nos limites dos grãos. Seu teor deve ser limitado a 0,1% em peso de forma a manter uma ductilidade à quente suficiente e promover a falha de descascamento durante os testes de tensão de cisalhamento executados em conjuntos soldados por pontos.

[0047] Opcionalmente, elementos tais como cromo e molibdênio, que retardam a transformação bainítica e promovem o endurecimento da solução sólida, podem ser adicionados em quantidades que não excedam 0,3 e 0,5% em peso respectivamente. Opcionalmente o nióbío pode também ser adicionado em uma quantidade que não exceda 0,1% em peso, de modo a aumentar a resistência pela precipitação complementar de carbonitreto.

[0048] O processo para produção de uma chapa laminada a quente conforme a invenção é implementado como segue: - é fornecido um aço com composição conforme a invenção; - um produto semi-acabado é lingotado desse aço, possivelmente como lingotes ou continuamente na forma de placas com uma espessura em torno de 200 mm. O lingotamento pode também ser executado de modo a formar placas finas com poucas dezenas de milímetros de espessura ou tiras finas entre cilindros de aço contra-rotativos. - os produtos semi-acabados lingotados são inicialmente aquecidos até uma temperatura acima de 1200°C para alcançar em todos os pontos uma temperatura favorável às altas deformações que o aço sofrerá durante a laminação e para evitar, nessa etapa, a formação de carbonítretos de vanádio. Naturalmente, no caso de lingotamento direto da placa fina ou da tira fina entre cilindros contra-rotativos, a etapa de laminação a quente desses produtos semi-acabados, começando acima de 1200 'C, pode ser executado diretamente após o lingotamento de forma que uma etapa intermediária de reaquecimento é então desnecessária. Como será visto essa temperatura mínima de 1200°C também permite que a laminação a quente seja executada satisfatoriamente em toda a fase austenítica em um laminador contínuo de laminação a quente; e - o produto semi-acabado é laminado a quente com uma temperatura finai de laminação Ter de 900 °C ou maior. Dessa forma, a laminação é executada completamente na fase austenítica na qual a solubilidade do carbonitreto de vanádio é maior e na qual a probabilidade de precipitação de V(CN) é reduzida. Pela mesma razão, a chapa assim obtida é então resfriada a uma taxa de resfriamento Vc de 20°C/s ou maior, de modo a evitar que pos carbonitretos de vanádio se precipitem na ferrita. Esse resfriamento pode, por exemplo, ser executado por meio de pulverização de água na chapa.

[0049] Se for desejado produzir-se uma chapa laminada a quente conforme a invenção, a chapa obtida é bobinada a uma temperatura de 450 °C ou menos. Dessa forma, o encharque quase isotérmico associado com essa operação de resfriamento resulta na formação de uma micro estrutura consistindo em bainita, ferrita, austenita residual e, opcionalmente, uma pequena quantidade de martensita, e também leva ao endurecimento da precipitação de carbonitreto de vanádio. Quando a temperatura de bobínamento é 4001¾ ou menos, o alongamento total e o alongamento uniforme são aumentados.

[0050] Mais particularmente, a temperatura Ter do final da laminação, a taxa de resfriamento Vcea temperatura de bobínamento Tbobina serão escolhidas de tal forma que a microestrutura tenha um teor de austenita residual entre 8 e 20%. Quando a quantidade de austenita residual for menor que 8%, um efeito plasticidade induzida por transformação suficiente não pode ser demonstrado nos testes mecânicos. Em particular, os testes de tração mostram que o coeficiente de encruamento n é menor que 0,2 e rapidamente diminui com a tensão κ. O critério de considerar se aplica a esses aços e a falha ocorre quando n = eírUe, o alongamento sendo, portanto, grandemente limitado. No caso do comportamento plasticidade induzida por transformação, a austenita residual é progressivamente transformada em martensita durante a deformação, n sendo maior que 0,2, e ocorre estiramento para tensões mais altas.

[0051] Quando o teor de austenita residual é maior que 20%, a austenita residual formada sob essas condições tem um teor de carbono relativamente baixo e é desestabílizado muito facilmente durante a fase subseqüente de deformação ou de resfriamento.

[0052] Entre os parâmetros Teri Vc e Tboljina escolhidos para se obter uma quantidade de austenita residual entre 8 e 20%, os parâmetros Vc e Tbobina são os mais importantes: - a taxa de resfriamento mais rápida possível Vc será escolhida de modo a evitar a transformação perlítica (que iria contra a obtenção de um teor de austenita residual entre 8 e 20%), enquanto ainda permanece com as capacidades controladas de uma linha industrial de modo a se obter uma homogeneidade microestrutural tanto na direção longitudinal quanto na transversal da chapa laminada a quente; e - a temperatura de bobinamento será escolhida suficientemente baixa para evitar a transformação perlítica. Isto resultaria na transformação bainítica incompleta e um teor de austenita residual de menos de 8%.

[0053] Preferivelmente, os parâmetros Ter, Vc e Tbobina serão escolhidos de tal forma que a microestrutura da chapa de aço laminada a quente contém menos de 2% de martensita. Caso contrário, o alongamento é reduzido, como é também reduzida a energia de absorção correspondente à área sob a curva limite de tração-tensão (σ-e). Quando a martensita desta presente em uma quantidade excessiva, o comportamento mecânico resultante se aproxima daquele de um aço de fase dual com um alto valor inicial do coeficiente de encruamento n, que diminuí quando a razão de deformação aumenta. Otimamente, a micro estrutura não contém martensita.

[0054] Entre os parâmetros Te„ Vc e Tb0bina escolhidos com o propósito de se obter um teor de martensita de menos de 2%, os parâmetros mais importantes são: - a taxa de resfriamento Vc, que deve ser tão rápida quanto possível para evitar a transformação perlítica, mas esse resfriamento não deve resultar em uma temperatura abaixo de Ms, essa última temperatura denotando a temperatura de partida da martensita característica da composição química do aço usado. - pela mesma razão, será escolhida uma temperatura de bobinamento acima de Ms; - Também preferivelmente, os parâmetros Te„ Vc e T^ina serão escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual da microestrutura não excede 2 micra. Isto é porque quando a austenita é transformada em martensita pela diminuição da temperatura ou por deformação, as ilhas de martensita com um tamanho médio maior que 2 micra desempenham um papel preferencial no dano, como resultado da perda de coesão com a matriz; - preferivelmente os parâmetros Tef> Vc e serão escolhidos mais particularmente de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual da microestrutura não exceda 1 mícron, de modo a aumentar sua estabilidade, para limitar danos nas interfaces matriz/ilha e para empurrar o estuamento de volta para maiores razões de deformação.

[0055] Com o propósito de se obter ilhas de austenita residual fina, serão escolhidos os seguintes: - uma temperatura final de lamínação Tw não muito alta na região de austenita de modo a se obter um tamanho de grão de austenita relativamente fino antes da transformação aiotrópica; e - a taxa de resfriamento Vc mais rápida possível para evitar a transformação perlítica.

[0056] Para produzir uma chapa laminada a frio conforme a invenção, o processo começa com a produção de uma chapa laminada a quente conforme uma das variantes apresentadas acima. Isto é porque os inventores descobriram que a micro estrutura e as propriedades mecânicas obtidas para o processo de produção envolvendo Iam inação a frio e recozimento, que será explicado abaixo, depende relativamente pouco das condições de produção dentro dos limites das variantes do processo que foram explicadas acima, em particular das variações na temperatura de bobínamento Tbobina· Assim, o processo para produzir chapas laminadas a frio tem a vantagem de ser amplamente insensível às variações fortuitas das condições para produção de chapas laminadas a quente.

[0057] Entretanto, uma temperatura de bobínamento de 400¾ ou abaixo será preferivelmente escolhida, de modo a manter mais vanádio na solução sólida, de modo a estar disponível para precipitação durante o recozimento subsequente da chapa laminada a frio.

[0058] A chapa laminada a quente é decapada usando um processo conhecido por si, de modo a dar um acabamento de superfície adequado para a Iam inação a frio. Isto é executado sob condições padrão, por exemplo, reduzindo-se a espessura da chapa laminada a quente em 30 a 75%.

[0059] É então executado um tratamento de recozimento adequado para recristalizar a estrutura endurecida por trabalho a frio e para dar a micro estrutura particular de acordo com a invenção, Esse tratamento, preferivelmente executado por recozimento contínuo, compreende as seguintes fases sucessivas: - uma fase de aquecimento com uma taxa de aquecimento Vhs de 2°C/s ou maior, até uma temperatura Ts que caí dentro de uma região intercrítica, quer dizer, uma temperatura entre a temperatura de transformação Aci e Ac3. Durante essa fase de aquecimento foi observado o seguinte: recrístalização da estrutura endurecida por trabalho a frio; dissolução da cemenüta; crescimento da austenita acima da temperatura de transformação Aci; e precipitação dos carbonitretos de vanãdio na ferrita. Esses precipitados de carbonitreto sâo muito pequenos, tendo tipicamente um diâmetro de menos de 5 nanômetros, após essa fase de aquecimento, [0060] Quando a taxa de aquecimento é menor que 2^C/s, a fração de volume do vanádio precipitado decresce. Em adição, a produtividade da produção é excessivamente reduzida; e - uma fase de encharque em uma temperatura intercrítica Ts entre Aci e Aca por um tempo tm entre 10 s e 200 s. Sob essas condições bem-definidas, os inventores demonstraram que a precipitação de carbonitretos de vanádio na ferrita continua praticamente sem qualquer precipitação na fase austenítica recém-formada. A fração de volume dos precipitados aumenta em paralelo com um aumento no diâmetro médio desses precipitados. Assim, é obtido um endurecimento particularmente eficaz da ferrita intercrítica, [0061] A chapa então sofre um resfriamento rápido a uma taxa Vcs maior que fõ^C/s quando a temperatura estiver abaixo de Ar3, O resfriamento rápido quando a temperatura estiver abaixo de Ar3 é importante para limitar a formação de ferrita antes da transformação bainítica. Essa fase de resfriamento rápido quando a temperatura está abaixo de Ar3 pode opcionalmente ser precedida por uma fase de resfriamento mais lento começando a partir da Temperatura Ts.

[0062] Durante essa fase de resfriamento, os inventores demonstraram que não há praticamente nenhuma precipitação complementar dos carbonitretos de vanádio na fase ferrítica.

[0063] A seguir, um encharque a uma temperatura T’s é executado entre 300 °C e 500¾ por um tempo de encharque t's entre 10 s e 1000 s. Isto resulta, portanto, em transformação bainítica e enriquecimento do carbono nas ilhas de austenita residual em uma quantidade tal que essa austenita residual é estável mesmo após o resfriamento até a temperatura ambiente.

[0064] Preferivelmente a temperatura de encharque Ts está entre 770 e 815¾ - pode haver recristalização insuficiente abaixo de 770¾. Acima de 815¾ a fração da austenita íntercrítica formada é muito alta e o endurecimento da ferrita por precipitação de carboneto de vanádio é menos eficaz. Isto se dá porque o teor de ferrita íntercrítica é menor, como é menor a quantidade total de vanádio precipitado, o vanádio sendo, ao contrário, solúvel na austenita. Além disso, os precipitados de carbonitreto de vanádio que se formam têm uma maior tendência de engrossar e coalescer a alta temperatura.

[OÜ65]De acordo com um método preferido de implementação da invenção, após a etapa de iaminação a frio, a chapa é feita sofrer um tratamento térmico de recozimento, os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vs, T’s e t’s que são escolhidos de tal forma que a microestrutura do aço obtida consiste em ferrita, bainíta e austenita, e opcionalmente martensita. Vantajosamente os parâmetros serão escolhidos de tal forma que o teor de austenita residual está entre 8% e 26%. Esses parâmetros serão preferivelmente escolhidos de forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual não exceda 2 micra, e otimamente não exceda 1 mícron. Esses parâmetros serão também escolhidos de tal forma que o teor de martensita seja menor que 2%. Otimamente, a microestrutura não contém martensita.

[0066] Para alcançar esses resultados, a escolha dos parâmetros Ts, ts, Vcs e T's é mais particularmente importante: - TS1 a temperatura da região intercrítica entre as temperaturas de transformação Aci e Ac3 (temperatura de partida da austeníta e temperatura final da austeníta, respectivamente), deve ser escolhida de modo a se obter pelo menos 8% de austeníta formada a alta temperatura. Esta condição é necessária de forma que a estrutura após o resfriamento contenha pelo menos 8% de austeníta residual. Entretanto, a temperatura Ts não deve estar muito próxima de Ac3 para evitar o crescimento do grão de austeníta a alta temperatura, o que resultaria conseqüentemente nas ilhas de austeníta residual serem muito grandes; - o tempo ts deve ser escolhido para ser suficíentemente longo para a transformação parcial da austeníta ter tempo de ocorrer; - a taxa de resfriamento Vcs deve ser suficientemente rápida para evitar a formação de perlita, que não permitiría os resultados pretendidos acima fossem obtidos; e - a temperatura T's será escolhida de forma que a transformação da austeníta formada durante o encharque à temperatura Ts seja uma transformação bainítica e leve ao enriquecimento do carbono suficiente para que essa austeníta formada a alta temperatura seja estabilizada em uma quantidade variando de 8 a 20%.

[0067] 0s resultados a seguir mostram, por meio de exemplos não limitativos, as características vantajosas conferidas pela invenção.

Exemplo 1: [0068] Aços com a composição dada na tabela abaixo, expressos em porcentagens em peso, foram fundidos. Exceto os aços Inv1 a Inv3 conforme a invenção, a composição de um aço de referência R1 é dada por meio de comparação.

Tabela 1: [0069] Composições de aço em % em peso (Inv = conforme a invenção; R = referência) (*): em desacordo com a invenção [0070] Produtos semi-acabados correspondentes às composições acima foram reaquecidos até 1200¾ e laminados a quente de tal forma que a temperatura de iam inação foi acima de 900¾. As chapas de 3 mm de espessura assim obtidas foram resfriadas a uma taxa de 20°C/s pela pulverização de água e então bobinadas a uma temperatura de 400¾. As propriedades de tração obtidas {tensão de escoamento Re» limite de resistência à tração Rm, alongamento uniforme Au e alongamento total At) são dadas na Tabela 2 abaixo. É também dada a temperatura de transição dúctil-frágil determinada por meio de corpos de prova de Gharpy de espessura reduzida (e = 3 mm). A tabela também indica o teor de austenita residual medido por difração de raios-x.

Tabela 2: [0071] Propriedades de tração, temperatura de transição e teor de austenita residual da chapa laminada a quente, n.d. = não determinado [0072] As chapas produzidas conforme a invenção têm uma resistência à tração muito alta de substancialmente acima de 800 MPa para um teor de carbono de cerca de 0,22%. Sua microestrutura é composta de ferrita, bainita e austenita residual, juntamente com martensíta em uma quantidade menor que 2%. No caso do aço Inv3 (10,8% de teor de austenita residual), a concentração de carbono das ilhas de austenita residual é de 1,36% em peso. isto significa que a austenita é suficientemente estável para se obter um efeito plasticidade induzida por transformação conforme mostrado pelo comportamento observado durante os testes de tração executados nessas chapas de aço.

[0073] A chapa do aço de referência R1, tendo uma estrutura bainita-perlita com um teor de austenita residual muito baixo, não apresenta comportamento plasticidade induzida por transformação. Seu limite de resistência à tração é menor que 800 MPa, isto é, um nível consideravelmente abaixo daquele dos aços da invenção.

[0074] O aço Inv2 conforme a invenção também tem excelente tenacidade, uma vez que sua temperatura de transição dúctil-frágil <-35°C) é consideravelmente menor que aquela do aço de referência (0¾).

Exemplo 2 [0075] Chapas laminadas a quente com 3 mm de espessura dos aços Inv2 e RI, produzidas conforme o Exemplo 1, foram laminadas a frio até uma espessura de 0,9 mm. Um tratamento térmico de recozimento foi então executado» compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de 5°C/s, uma fase de encharque a uma temperatura de encharque Ts entre 775 e 815¾ (essas temperaturas caindo dentro da faixa AcrAc3) por um tempo de encharque de 180 s, seguido de uma primeira fase de resfriamento a 6-8°C/s e então uma fase de resfriamento a 20°C/s em uma faixa onde a temperatura está abaixo de Ar3 uma fase de encharque a 400¾ por 300 s, para formar baíníta, e uma fase de resfriamento final a St/S.

[0076] A microestrutura assim obtida foi observada» após causticaçâo com causticante Klemm, que revelou as ilhas de austenita residual. O tamanho médio dessas ilhas foi medido por meio de um software de imagem de análise.

[0077] No caso do aço de referência R1, o tamanho médio da ilha foi de 1,1 mícran. No caso do aço Inv2 conforme a invenção, a microestrutura geral foi mais fina, com um tamanho médio de ilha de 0,7 mícron. Além disso, essas ilhas eram mais equiaxiais por natureza. Em particular, no caso do aço !nv2, essas características reduziram as concentrações de estresse nas interfaces matriz/ilha.

[0078] As propriedades mecânicas após a Iam inação a quente e o recozi mento são as seguintes: Tabela 3: Propriedades de tração da chapa laminada a frio e recozida n.d- = não determinado [0079] O aço Inv2 produzido conforme a invenção tem uma resistência à tração de mais que 900 MPa. Para uma temperatura de encharque comparável TSf sua resistência é consideravelmente maior que aquela do aço de referência, [0080] Os aços laminados a frio e recozidos conforme a invenção têm propriedades mecânicas que são grandemente insensíveis a pequenas variações em certos parâmetros de produção, tais como a temperatura de bobinamento e a temperatura de recozímento Ts, [0081] Assim, a invenção torna possível produzir aços apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação com uma resistência aumentada. As peças produzidas a partir de uma chapa de aço conforme a invenção são lucrativamente usadas para a produção de componentes estruturais de elementos de reforço no campo automobilístico.

Reivindicações

Claims (28)

1. COMPOSIÇÃO PARA A PRODUÇÃO DE AÇO apresentando um comportamento plasticidade induzida por transformação» caracterizada pelo fato de que consiste em teores, 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, opcíonalmente, um ou mais elementos escolhidos entre: Nb < 0,1% Mo < 0,5% Gr < 0,3%, o saldo da composição consistindo em ferro e nas inevitáveis impurezas resultantes da fusão.

2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1» caracterizada pelo 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, caracterizada pelo 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, caracterizada pelo 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 expresso em % 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 expresso em % em peso: 1,5% < Μη < 1,7%,

7. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que ela compreende o teor sendo expresso em % 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 expresso em % 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 expresso em % em peso: 0,12% < V < 0,15%.

10. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que ela compreende o teor sendo expresso em % em peso: Ti < 0,005%.

11. CHAPA DE AÇO, de composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a mícroestrutura do mencionado aço consiste em ferrita, baíníta, austeníta residual e, opcíonalmente, martensita.

12. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a mícroestrutura do mencionado aço tem um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

13. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizada pelo fato de que a mícroestrutura do mencionado aço tem um teor de martensita de menos de 2%.

14. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizada pelo fato de que o tamanho médio das ilhas de austenita residual não excede 2 micra.

15. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizada pelo fato de que o tamanho médio das ilhas de austenita residual não excede 1 mícron.

16. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA CHAPA LAMINADA À QUENTE, apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação, no qual: - é fornecida uma composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10; - um produto semi-acabado é lingotado a partir desse aço; - o mencionado produto semi-acabado é elevado a uma temperatura 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 de fim da mencionada laminação a quente de não menos que 900'Q, a taxa Vc do mencionado resfriamento de não menos que 20 °C/s e a temperatura Tcoi, do mencionado bobínamento que está abaixo de 450*0, são escolhidas de tal forma que a microestrutura do mencionado aço consiste em ferrita, bainita, austenita residual e, opcionalmente, martensita.

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a temperatura Ter de fim da mencionada laminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperatura Tcoü do mencionado bobínamento são escolhidas de tal forma que a microestrutura do mencionado aço tenha um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

18. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que a temperatura Ter de fim da mencionada laminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperatura Tcom do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma que a microestrutura do mencionado aço tenha um teor de martensita de menos de 2%.

19. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato de que a temperatura Ter de fim da mencionada laminação a quente, a taxa V0 do mencionado resfriamento e a temperatura Tco«i do mencionado bobinamento são escolhidas de tai forma o tamanho médio das ilhas de austeníta residual não excede 2 micra.

20. PROCESSO, de acordo com qualquer as reivindicações 16 a 19, caracterizado pelo fato de que a temperatura Ter de fim da mencionada laminação a quente, a taxa Vc do mencionado resfriamento e a temperatura Tcom do mencionado bobinamento são escolhidas de tal forma o tamanho médio das ilhas de austenita residual não excede 1 mícron.

21. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a temperatura de bobinamento Tcoii está abaixo de 400*0.

22. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA CHAPA LAMINADA À FRIO, apresentando comportamento plasticidade induzida por transformação, no qual: - é fornecida uma chapa de aço laminada a quente, produzida conforme definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 21; - a mencionada chapa é de capada; - a mencionada chapa é laminada a frio; e - à mencionada chapa é aplicado um tratamento térmico de recozimento, o mencionado tratamento térmico compreendendo uma fase de aquecimento a uma taxa de aquecimento Vhs de 2°Cís ou maior; uma fase de encharque a uma temperatura de encharque Ts entre A^, e Ac3, por um tempo de encharque ts entre 10 e 200 s, seguido de uma fase de resfriamento a uma taxa de resfriamento Vcs de mais de 15 Ό/s, quando a temperatura está abaixo da Ar3, seguido de uma fase de encharque a uma temperatura de encharque T's entre 300 e 500¾ , por um tempo de encharque t'5, entre 10 e 1000 s, caracterizado pelo fato em que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T's e t's são escolhidos de tal forma que a microestrutura do mencionado aço consiste em ferrita, bainita, austenita residual e» opcionalmente, martensita.

23. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, T's e t's são escolhidos de tal forma que a microestrutura do mencionado aço tem um teor de austenita residual entre 8 e 20%.

24. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 ou 23, caracterizado pelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, n e ts são escolhidos de tal forma que a microestrutura do mencionado aço tem um teor de martensita de menos de 2%.

25. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 24, caracterizado pelo fato de que os parâmetros VhSl Ts, ts, Vcs, Ts e f5 são escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual é de menos de 2 micra.

26. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 25, caracterizado pelo fato de que os parâmetros Vhs, Ts, ts, Vcs, Ts e t's são escolhidos de tal forma que o tamanho médio das ilhas de austenita residual é de menos de 1 mícron.

27. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mencionada temperatura de encharque Ts está entre 770 6 815¾.

28. USO DE UMA CHAPA DE AÇO, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 15, ou produzida por um processo,, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 16 a 27, caracterizado por ser para a produção de componentes estruturais ou de elementos de reforço no campo automobilístico.