BRPI0617753A2 - processo para produção de tira de laminação a quente com estrutura multifásica - Google Patents

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Abstract

<B>PROCESSO PARA PRODUçãO DE TIRA DE LAMINAçãO A QUENTE COM ESTRUTURA MULTIFáSICA<D> Para a produção de tira quente chamada de aço TRIP (transformation induced plasticity) com uma estrutura multifásica com propriedades de deformação extraordinariamente boas com elevadas resistências do estado laminado a quente, sendo a invenção é proposto um processo que é executado com uma composição química predeterminada dos tipos de aço empregados dentro dos seguintes limites 0,12 - 0,25 % C; 0,05 - 1,8 % Si; 1,0 - 2,0 % Mn; restante Fe bem como elementos secundários usuais com uma estratégia de laminação e resfriamento combinado, que é obtida uma estrutura de 40 - 70 % ferrita, 15 - 45 % bainita e 5 - 20 % austenita restante, sendo que a laminação de acabamento da tira quente (7) para ajuste de um grão de austenita muito fino (d < 8 <109>m) quando da última conversão a temperaturas entre 770 e 830 °C se efetua logo acima de Ar3 na faixa da austenita metaestável e imediatamente após a última armação de laminação (6') é executado um resfriamento controlado em dois estágios da tira quente (7) para uma temperatura de tira na faixa da formação de bainita de 320 - 480 °C, com um tempo de retenção em cerca de 650 - 730 °C, cujo início é determinado pela entrada da curva de resfriamento (26) no campo de ferrita e cuja duração é determinada pela conversão da austenita para ao menos 40 % ferrita.

Description

PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE TIRA DE LAMINAÇÃO A QUENTE COM
ESTRUTURA MULTIFÁSICA
A invenção refere-se a um processo para a produção detira quente chamada de aço TRIP ("transformation inducedplasticity) com uma estrutura multifásica com propriedadesde deformação extraordinariamente boas com elevadasresistências do estado laminado a quente mediante umresfriamento controlado após a última armação de laminação.
O ajuste da estrutura revela-se complexo em aços TRIP,pois além de ferrite e bainita está presente uma terceirafase como austenita restante ou, após uma subseqüentedeformação, como martensita. Aços TRIP são produzidos hojeem dia em geral em um ciclo de recozimento de doisestágios. Material de partida é tira quente ou fria, em quepor um tratamento de recozimento na fase intercrítica éajustada uma textura de partida de cerca de 50 %a - 50 %γ.Devido à maior solubilidade da austenita para carbono tem-se aí maior concentração de carbono. Depois do tratamentopor recozimento resulta um rápido resfriamento, passandopela faixa de ferrita e perlita para a faixa de bainita, emque se mantém isotermicamente por algum tempo. A austenitamigra parcialmente para bainita e a austenita restante ésimultaneamente ainda enriquecida com carbono. Assim, atemperatura de partida da martensita M6 é reduzida paravalores abaixo da temperatura ambiente e a austenitarestante continua, por conseguinte, também à temperaturaambiente. A textura final consiste em 40 - 70 % de ferrita,15 - 40 % de bainita e 5 - 20 % de austenita restante.
O efeito especial dos aços TRIP é a conversão daaustenita restante metaestável para martensita, quandoocorre uma deformação plástica exterior. Quando daconversão da austenita para martensita ocorre um aumento devolume, que se deve não apenas à austenita, mas sim tambémaos demais componentes da estrutura. A matriz ferritica éplastificada, o que novamente tem por conseqüência maiorconsolidação e conduz, no total, a maiores dilataçõesplásticas. Resulta para aços assim produzidos umacombinação não usual de alta resistência e altaductilidade, razão por que são especialmente apropriadospara emprego na indústria automobilística.
A condução do processo descrito, que atualmente é emgeral empregado industrialmente para a produção de açosTRIP, é trabalhosa e custosa devido ao tratamento derecozimento e resfriamento adicional depois da operação delaminação, e por isso se buscou produzir esses aços TRIPdiretamente como tira quente em instalações de produçãoindustriais para produção de tira a quente. Assim é que naEP 1 3 96 54 9 é descrito um processo para produção de umatira de aço laminada a quente, isenta de perlita, compropriedades TRIP em um processo de trabalho de decursocontínuo, sendo que é fundida para lingotes de desbastefino uma massa fundida de aço, que contém além de ferro einevitáveis impurezas 0,06 - 0,3% C; 0,1 - 3,0% Si; 0,3 -1,1% Mn (a soma de Si e Mn importa então em 1,5 - 3,5%),bem como 0,005 - 0,15% de ao menos um dos elementos Ti ouNb como componente essencial e opcionalmente de um ouvários dos seguintes elementos máx. 0,8% Cr, máx. 0,8%Cu,- máx. 1,0% Ni. Esses lingotes de desbaste fino sãorecozidos com uma temperatura de entrada de 850 a 1050°Cem um forno de recozimento para uma duração de recozimentode 10 a 60 minutos a 1000 até 1200 °C. Depois da decapagem,os lingotes de desbaste fino são então acabados emlaminação a quente na faixa de 750 a 1000 0C e depoisresfriados para uma temperatura de bobinagem de 3 00 - até53 0 °C. O resfriamento controlado é então realizado em doisestágios com uma velocidade de resfriamento do primeiroestágio de ao menos 150 K/s, de preferência 3 00 K/s e umapausa de resfriamento de 4 a 8 segundos. Alternativamente éproposto executar o resfriamento controlado continuamentecom uma velocidade de resfriamento de 10 - 70 K/s sem pausade retenção. Finalmente, é indicada como terceirapossibilidade controlar o resfriamento de tal maneira que a.tira quente seja resfriada em um primeiro estágio dentro de1 a 7 segundos para uma temperatura de cerca de 8 0 0C acimade e, em seguida, mediante resfriamento ao ar, para atemperatura de bobinagem. Além da condução do processoanteriormente descrita, é então importante a presença de Tie/ou Nb, pois esses elementos permanecem em solução até aoinício da laminação a quente e, quando de sua separaçãoposterior, melhoram entre outras a finura de granulação datira a quente, resultante em um aumento do teor deaustenita restante e sua estabilidade.
Partindo desse estado atual da técnica, constituiobjetivo da invenção indicar uma produção mais simples emais econômica de aços TRIP em instalações já existentes,em que pode ser completamente dispensado um tratamento derecozimento e a adição de elementos de liga ademais nãoincondicionalmente requeridos.
O objetivo colocado é alcançado com as característicasda reivindicação 1 pelo fato de que a produção da tiraquente é de tal maneira conduzida em uma instalação delaminação e fundição de lingote de desbaste fino(instalação CSP) com uma composição química predeterminadados tipos de aço empregados dentro dos seguintes limites0,12 - 0,25 % C; 0,05 - 1,8 % Si; 1,0 - 2,0 % Mn; restanteFe bem como elementos secundários usuais com uma estratégiade laminação e resfriamento combinado, que é obtida umaestrutura de 40 - 70 % ferrita, 15 - 45 % bainita e 5 - 20% austenita restante, sendo que
- a laminação de acabamento da tira quente para ajustede um grão de austenita muito fino (d < 8 μπι) quando daúltima conversão a temperaturas entre 770 e 830 oC seefetua logo acima de Ar3 na faixa da austenita metaestávele
- imediatamente após a última armação de laminação éexecutado um resfriamento controlado em dois estágios datira quente para uma temperatura de tira na faixa daformação de bainita de 320 - 480 °C, com um tempo deretenção em cerca de 650 - 730 °C, cujo início édeterminado pela entrada da curva de resfriamento no campode ferrita e cuja duração é determinada pela conversão daaustenita para ao menos 40% ferrita.
Em oposição ao procedimento usual acima descrito, noâmbito da invenção, com uma tira quente austeniticamentelaminada em acabamento, imediatamente após a última armaçãode laminação, por um resfriamento em dois estágios notrecho de resfriamento é ajustada a estrutura típica paraum aço TRIP. 0 ajuste da correspondente estrutura requerentão abrangente know-how de processo bem como umaobservância muito exata dos necessários parâmetros doprocesso. Devido à estreita faixa de tolerância paraprodução de aços TRIP em trens de laminação de tira larga aquente, desde a introdução da tecnologia de laminação efundição de lingotes de desbaste fino está disponível umaconfiguração de instalação, que proporciona pressupostosessencialmente melhores para a produção direta de aços TRIPcomo tira quente, em comparação com trens de laminação detira a quente convencionais. Devido à alta uniformidade detemperatura por espessura, largura e comprimento aços TRIPpodem assim ser reproduzidos com propriedades mecânicasconstantes. Graças ao pequeno comprimento dos trechos deresfriamento convencionais então empregados em instalaçãode laminação e fundição já existentes, é possível aprodução de tira quente com estrutura TRIP apenas com umaestratégia de laminação e resfriamento especial.
A estratégia de laminação segundo a invenção serve aoajuste de um grão de austenita muito fino (d < 8 μιτι) quandoda última conversão, que o trecho de resfriamento seguinteé acelerada para a conversão de ferrita. A laminação deacabamento da tira se efetua, portanto, a temperaturasentre 770 e 830 0C logo acima de Ar3 na faixa da austenitametaestável.
A execução bem sucedida da estratégia de resfriamentopressupõe obrigatoriamente a observância de determinadosvalores limite da composição química, para se obter dentrodo curto tempo total de resfriamento disponível o grau deconversão desejado. A análise química proposta para aprodução de aços TRIP varia, portanto, dentro dos limites:0,12 - 0,25 % C, 0,05 - 1,8 % Si, 1,0 - 2,0 % Mn, restanteFe bem como elementos secundários usuais.A estratégia de resfriamento prevê então umresfriamento em dois estágios com velocidades deresfriamento opcionalmente distintas. 0 início do tempo deretenção a temperaturas de 650 - 730 °C é determinada pelaentrada da curva de resfriamento no campo de ferrita. Emseguida a esse tempo de retenção se segue então,imediatamente, o segundo estágio de resfriamento com umresfriamento da tira quente para uma temperatura entre 320- 480 °C. A essa temperatura se efetua a conversão deaustenita para ao menos 15 % bainita.
Além da execução de um tempo de retenção curto,estratégia de resfriamento é determinada por uma velocidadede resfriamento predeterminada precisamente definida paraambos os estágios de resfriamento. Essa velocidade deresfriamento se situa entre V = 30 - 150 K/s, depreferência entre V = 50 - 90 K/s, em função da geometriada tira quente bem como da composição química dos tipos deaço empregados. Quanto a essas velocidades de resfriamentocabe assinalar que não é possível uma velocidade deresfriamento menor do que 30 K/s devido ao pequeno tempodisponível no trecho de resfriamento convencional de umainstalação de laminação e fundição, enquanto quevelocidades de resfriamento maiores do que 150 K/s emtrechos de resfriamento desse tipo de zonas de resfriamentoa água dispostas sucessivamente a distância igualmente nãopodem ser alcançadas.
As tiras quentes, produzidas com o processo dainvenção, com propriedades de aços TRIP para distintosníveis de resistência com uma relação de limite de trechoRpo12/R™ na faixa de 0,45 até 0,75 possuem as seguintescombinações de propriedade a seguir especificadas deresistência a tração Rm e dilatação em ruptura A:
Rm = 600 - 700 MPa => A > 25 %
Rm = 700 - 800 MPa => A > 23 %
Rm = 800 - 900 MPa => A > 21 %
Rm = 900 - 1000 MPa => A > 18 %
Rm > 1000 MPa => A > 15 %
Outros detalhes e vantagens da invenção serãodetalhadamente explicados a seguir em um exemplo deexecução em figuras de desenho esguemáticas.
Mostram:
Fig. 1 - uma instalação CSP,
Fig. 2 - um trecho de resfriamento modificado dainstalação CSP,
Fig. 3 - curvas de resfriamento para um aço bifásico eum aço TRIP em um diagrama ZTU.
Na figura está esquematicamente representado o layoutde uma instalação CSP 1 convencional. Ela consiste, noexemplo representado, em direção de transporte (no desenhoda esquerda para a direita) dos componentes principais, asaber da instalação de fundição com dois lingotes 2, asguias de lingote 3, os fornos de compensação 4 com umabalsa de forno, um laminador 6 com várias armações, otrecho de resfriamento 10 e bobinadoras 8.
Na figura 2 está representado um trecho deresfriamento 10 modificado da instalação CSP 1, que énecessário para execução do resfriamento de acordo com ainvenção e já é conhecido para a produção de aço bifásicoda EP 1 108 072 B1. Esse trecho de resfriamento 10modificado da instalação CSP, disposto depois da últimaarmação de laminação de acabamento 6' , apresenta váriaszonas de resfriamento a água lli-7/ 12 reguláveis, dispostassucessivamente com distância, com cabeças de borrifação deágua 13, pelas quais o lado superior de tira e o ladoinferior de tira da tira quente 7 são uniformementeborrifados com uma determinada quantidade de água. 0posicionamento dos estágios de resfriamento a água lli-7, 12dentro do trecho de resfriamento 10, seu número e suadistância mútua bem como o número das cabeças de borrifação.de água 13 por estágio de resfriamento a água lli-7, 12 sãode tal maneira selecionados que a velocidade deresfriamento almejada de ambos os estágios de resfriamentopode ser previamente ajustada de modo variável, paraadaptar os estágios de resfriamento a água lli-7/ 12 demaneira ótima às condições de resfriamento a seremajustadas. Mediante regulagem da quantidade de águaborrifada pode assim ser procedida a uma necessáriaalteração da velocidade resfriamento também durante oresfriamento.
Com maior distância espacial do último estágio deresfriamento a água III-7 do primeiro estágio deresfriamento está disposto um outro estágio de resfriamentoa água 12, com auxílio do qual é executado o segundoestágio de resfriamento. Nesse estágio de resfriamento aágua 12 se encontram, em oposição às zonas de resfriamentoa água III-7 do primeiro estágio de resfriamento, um númeronitidamente maior de cabeças de borrifação de água 13, paraexecução de um resfriamento intensivo, forçado, em trajetomais curto. A distância espacial entre o último estágio deresfriamento a água III-7 do primeiro estágio deresfriamento e o estágio de resfriamento a água 12 doúltimo estágio de resfriamento é selecionada tão grande quese ajuste o requerido tempo de retenção para a conversão deacordo com a invenção da austenita para ao menos 4 0 %ferrita à velocidade de tira predeterminada.
Na figura 3 se trata de um diagrama ZTU com as linhasde conversão para ferrita, perlita e bainita bem como comas linhas de temperatura (20, 21, 22, 24) para Ac3, ACi eM6. Por setas de deslocamento horizontais 27 para as linhasde conversão e setas de deslocamento verticais 28 para aslinhas de temperatura é indicado qual influência têmelementos de liga presentes ou adicionados sobre a posiçãodessas linhas de conversão ou temperatura no diagrama ZTU.Nesse diagrama ZTU estão traçadas, a título de exemplo, acurva de resfriamento 25 para a produção de um aço bifásicoe a curva de resfriamento 26 para a produção de acordo coma invenção de um aço TRIP. Aproximadamente à mesmatemperatura de partida (acima de Ac3) no início doresfriamento e a uma temperatura de tempo de retençãoaproximadamente igual (acima de Aci) é obtida umacomposição de estrutura nitidamente distinta pelo distintodecurso do resfriamento bem como pela distinta composiçãodos aços de partida. Em correspondência à curva deresfriamento 25 traçada para o aço bifásico, esta conduzapenas ao campo ferrita e termina abaixo da linha detemperatura de martensita 22 situada nitidamente acima datemperatura ambiente 23, razão por que aí é obtida umaestrutura dual desejavelmente apenas de ferrita emartensita. A curva de resfriamento 26 para a produção deum aço TRIp de acordo com a invenção conduz, pelocontrário, inicialmente pelo campo ferrita, depois pelocampo bainita e termina acima da linha de temperatura departida de martensita 24 situada agora abaixo datemperatura ambiente 23, de modo que não tem lugar umaconversão em martensita quando do resfriamento e é obtida,de acordo com a invenção, uma estrutura de ferrita, bainitae uma fração de austenita restante.
LISTA DE REFERÊNCIAS
1 instalação CSP 2 instalação de fundição com dois lingotes 3 guia de lingote 4 forno de compensação 5 balsa de forno 6 instalação de laminação com múltiplas armações 6' última armação de laminação 7 tira quente 8 bobinadora 9 medição de temperatura 10 trecho de resfriamento 111 - 7 zonas de resfriamento a água 12 zona de resfriamento a água 13 cabeças de borrifação de água 20 linha de temperatura Ac3 21 linha de temperatura Aci 22 linha de temperatura de partida de martensita para umaço bifásico
23 linha de temperatura ambiente
24 linha de temperatura de partida de martensita para umatira TRIP
25 curva de resfriamento para um aço bifásico26 curva de resfriamento para um aço TRIP
27 seta de deslocamento horizontal das linhasconversação
28 deslocamento vertical das linhas de temperatura

Claims (5)

1. Processo para produção de tira quente chamada deaço TRIP ("transformation induced plasticity) com umaestrutura multifásica com propriedades de deformaçãoextraordinariamente boas com elevadas resistências doestado laminado a quente, caracterizado pelo fato de que umprocesso que é executado com uma composição químicapredeterminada dos tipos de aço empregados dentro dosseguintes limites 0,12 - 0,25 % C; 0,05 - 1,8 % Si; 1,0 - 2,0 % Mn; restante Fe bem como elementos secundários usuaiscom uma estratégia de laminação e resfriamento combinado,que é obtida uma estrutura de 40 - 70 % ferrita, 15 - 45 %bainita e 5 - 20 % austenita restante, sendo que alaminação de acabamento da tira quente (7) para ajuste deum grão de austenita muito fino (d < 8 μτη) quando da últimaconversão a temperaturas entre 770 e 830 0C se efetua logoacima de Ar3 na faixa da austenita metaestável eimediatamente após a última armação de laminação (6') éexecutado um resfriamento controlado em dois estágios datira quente (7) para uma temperatura de tira na faixa daformação de bainita de 320 - 480 °C, com um tempo deretenção em cerca de 650 - 730 °C, cujo início édeterminado pela entrada da curva de resfriamento (26) nocampo de ferrita e cuja duração é determinada pelaconversão da austenita para ao menos 40 % ferrita, sendoque o resfriamento em dois estágios, controlado, da tiraquente (7) é realizado em um trecho de resfriamento (10) dezonas de resfriamento a água (Ili-?, 12) reguláveis,dispostas sucessivamente a distância, com cabeças deborrifação de água, pelas quais o lado superior de tira e olado inferior de tira da tira quente (7) são borrifadosuniformemente com uma quantidade de água determinada.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamentose situa entre V = 30 - 150 K/s, de preferência entre V =-50 - 90 K/s, em função da composição química dos tipos deaço empregados bem como da geometria da tira quente.
3. Processo, de acordo com reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o resfriamento em doisestágios, controlado, da tira quente (7) é realizado em umtrecho de resfriamento (10) de zonas de resfriamento a água(ll1-v, 12) dispostas sucessivamente a distância.
4.
Tira quente (7) com propriedades de aço TRIPsegundo o processo das reivindicações 1, 2 ou 3,caracterizada por uma composição química dentro doslimites: 0,12 - 0,25 % C; 0,05 - 1,8 % Si; 1,0 - 2,0 % Mn;restante Fe bem como elementos secundários usuais; umarelação de limite de trecho rPO-Z/Rm na faixa de 0,4 5 até-0,75; um nível de resistência possível relativamente àscombinações de propriedade da resistencia a traçao Rm edilatação em ruptura A:Rm = 600 - 700 MPa => A > 25 %Rm = 700 - 800 MPa => A > 23 %Rm = 800 - 900 MPa => A > 21 %Rm = 900 - 1000 MPa => A > 18 %Rm > 1000 => A > 15 %
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