BRPI0621258B1 - Tira de aço com baixo teor de carbono ligada em microliga laminada a quente - Google Patents

Description

“TIRA DE AÇO COM BAIXO TEOR DE CARBONO LIGADA EM MICROLIGA LAMINADA A QUENTE” A presente invenção diz respeito a uma tira de aço ligada em microliga de baixo teor de carbono que apresenta características de que ela pode substituir, na produção de peças acabadas para estampagem ou corte, as tiras laminadas a frio até então usadas para obter estruturas de baixo peso e boa resistência mecânica.

Pela JP2003253381, W003/087414, US 6.488.790 são, por exemplo, métodos conhecidos para produzir tiras ligadas em microligas laminadas a quente.

Os ditos aços ligados em microligas, ou HSLA "Baixa Liga e Alta Resistência" levam esse nome pelo fato de que incluem uma adição de pequenas quantidades de nióbio, vanádio, titânio e boro, que dificilmente excedem a quantidade total de 0,2 %. Esses elementos, em vez de entrar como agentes de formação de liga no reticulado cristalino do ferro desempenham sua ação ao ser combinados com carbono e nitrogênio na matriz, formando assim carbetos, nitretos e carbonitretos finamente dispersos. Esses compostos contribuem para o refino de grão e causam endurecimento da matriz com sua precipitação nos grãos ferríticos. É também sabido que esses aços são particularmente usados em aplicações onde é necessário reduzir o peso de uma estrutura, a ser obtido sem afetar negativamente sua resistência mecânica. Sua característica peculiar é a de apresentar um valor de limite de escoamento que aproxima-se à carga de ruptura, com uma relação entre os dois valores que é superior a 70 %. Consequentemente, é possível obter esses resultados reduzindo-se a seção transversal que resiste à tensão, ao passo que, ao contrário, por causa da proximidade das cargas de escoamento e de ruptura, o material é provido com características de alta elasticidade, sendo sujeito a uma forte recuperação elástica, fazendo com que a peça acabada assuma, mediante prensagem, configurações indesejadas. Portanto, o uso é restrito a casos em que não é necessário limitar muito as tolerâncias das peças acabadas. O objetivo da presente invenção é prover uma tira de aço com baixo teor de carbono ligada em microliga laminada a quente com espessura >0,7 mm que, particularmente, após decapagem e laminação rápida a frio, apresenta substancialmente as mesmas características metalúrgicas e geométricas, bem como características relacionadas a planicidade e conformabilidade, de uma tira laminada a frio para produzir peças acabadas estampadas ou cisalhadas, de maneira a ser usada como um substituto válido da mesma. A tira de acordo com a presente invenção é preferivelmente, embora não exclusivamente, fabricada com usinas em linha do tipo placas finas, reveladas, por exemplo, em W02004/026497 em nome do presente requerente, que está representada esquematicamente na figura 1 e é caracterizada, conforme apresentado na reivindicação 1, por um menor tamanho de grão, melhor que o grau 10 da norma ASTM E 112 em uma porcentagem > 90 % de toda a estrutura, com uma relação entre o limite de escoamento e a carga de ruptura > 70 %.

Objetivos, vantagens e características da tira de aço ligada em microliga de acordo com a presente invenção ficarão mais claros a partir da descrição seguinte com referência aos desenhos anexos, em que: A figura 1 mostra esquematicamente uma usina de lingotamento contínuo de placas finas e laminação em linha, particularmente adequada para a produção de tiras de aço ligadas em microliga de acordo com a invenção; A figura 2 mostra um diagrama dos gráficos colocados por pontos da freqüência com a qual a presença de certas dimensões de grão ferrítico é estatisticamente detectada em diversas bobinas de tiras no início, meio e final, respectivamente, de cada bobina de tira de acordo com a invenção; A figura 3 mostra um diagrama representando a tendência do limite de deformação de um aço de acordo com a invenção com carga de escoamento máxima de 355 N/mm2.

Conforme declarado, a tira de aço ligada em microliga de acordo com a presente invenção é preferivelmente, embora não exclusivamente, produzida em usinas de placas finas representadas esquematicamente na figura 1, onde é feita referência particular à usina que é o objeto da publicação internacional W02004/026497. As etapas operacionais seguintes podem ser observadas, à jusante da etapa de lingotamento: a) redução do núcleo líquido; b) etapa de desbaste diretamente ligada no lingotamento contínuo; c) aquecimento em um forno de indução; e) laminação de acabamento; f) resfriamento controlado compactado; g) bobinamento em um carretei. Uma usina como essa pode manter a temperatura da pré-tira (d) acima de 900 °C nas etapas anteriores à laminação de acabamento. A laminação da pré-tira acima de 900 °C permite manter soluto no ferro γ (fase austenítica) a maioria dos agentes de formação de liga, explorando completamente sua função de controle do crescimento do grão austenítico e de aumentar o endurecimento por precipitação na fase ferrítica durante a etapa de resfriamento depois da laminação de acabamento.

Deve-se notar que esses aspectos são normalmente desconsiderados nos processos tradicionais onde a placa proveniente do lingotamento contínuo é resfriada e subsequentemente aquecida para a laminação de acabamento. Portanto, a ação dos agentes de formação de liga fica bastante reduzida em virtude de, durante o resfriamento, esses se precipitarem grosseiramente e sem controle, reduzindo assim o efeito desejado de uma precipitação fina e difundida. Esta condição não pode ser restabelecida, mesmo por meio de um aquecimento subsequente das placas, a menos que altas temperaturas de solubilização (superiores a 1.200 °C) sejam atingidas, que, entretanto, leva a outras consequências negativas, tais como crescimento de grão e descarbetação superficial da tira, com consequente deterioração de suas qualidades. Consequentemente, a produção de HSLA, especialmente de espessura < 2 mm, com o sistema tradicional só pode ser feita por meio de ciclos de processamento mais complexos e complicados, em virtude de, depois da laminação a quente, as tiras terem que ser laminadas a frio e tratadas em uma linha de recozimento provida com um resfriamento controlado. A tira de aço ligada em microliga de acordo com a presente invenção apresenta uma relação de carga de escoamento e na ruptura igual ou maior que 70 %, bem como uma boa capacidade de ser conformada ou cortada em condições a frio.

Essas características são atribuídas ao estado microestrutural favorável que torna este produto capaz de permitir uma alternativa válida para tiras de aço ligadas em microliga laminado a frio de mesma espessura, com a vantagem adicional de ser obtida com menos adição de elementos de formação de microliga e de liga, tais como nióbio, vanádio, titânio, manganês e cromo, mostrados na tabela 1.

Testes experimentais mostraram que as tiras da presente invenção são caracterizadas por uma estrutura de grãos finos melhor que o grau 10 da norma ASTM E 112 a uma porcentagem superior a 90 % em toda a estrutura, como resultante do gráfico da figura 2, mostrando claramente que a maioria dos grãos, acima de tudo na região do topo da tira, tem dimensões correspondentes ou inferiores (assim, um menor tamanho de grão) do que o grau 10 da norma ASTM 112. Essas características de pequeno tamanho de grão e uniformidade tornam essa tira laminada a quente particularmente resistente a testes de fadiga. Conforme se pode ver na figura 3, representando os testes experimentais realizados em tiras de acordo com a invenção, a resistência a deformação é maior que a de produtos obtidos com processos convencionais, e equiparáveis à de tiras laminadas a frio do mesmo grau. Deve-se notar que isto ocorre tanto na faixa da "deformação final", a saber, para os valores limites de carga nos quais a ruptura da peça é observada ao submeter a mesma a um número N de ciclos menor que 107, e na faixa da "deformação indefinida", a saber a carga limite determinada por testes experimentais, na qual uma peça não rompe, mesmo se ela for submetida a um número de ciclos de deformação maior que o número convencionalmente adotado para o aço, isto é, N-107.

Em particular, a resistência a deformação detectada para o aço S355MC a n=107 ciclos (correspondente a 357 N/mm2) foi considerada melhor, com uma margem de 5-10 %, em correspondência com a probabilidade de nenhuma ruptura de 50 %. Além disso, a relação entre o ponto de ruptura sob deformação por causa da flexão comum (aFp) e o limite de escoamento aFp/Rpo,2 é próxima de 1 e igual a 0,96, dessa forma constantemente maior que a relacionada ao material laminado a quente de referência, entre 0,88 e 0,90, praticamente correspondendo ao valor da mesma relação detectada para tiras laminadas a frio do mesmo grau. A microestrutura fina particular dessas tiras faz com que as mesmas sejam adequadas para ser finalmente cortadas e para a formação de furos nelas por puncioamento, bem como para a conformação a frio de formas complexas, em particular dobras a 180 0 com raio de dobramento igual à espessura, para aços de alta resistência com carga de escoamento mínima entre 275 e 700 N/mm2 A formação a frio de peças com uma forma complexa é facilitada também pelo perfil constante da tira e seu paralelismo com desvio de menos de 0,05 mm.

Os vários graus de aço têm uma composição química compreendida nos limites listados na tabela 1 seguinte.

Conforme se pode deduzir da tabela anterior, a soma total de elementos de ligação em microliga (V, Ti e Nb) não excede 0,2 %.

Claims (2)

1. Tira de aço com baixo teor de carbono ligada em microliga laminada a quente, com elementos ligados em microliga compreendendo V, Ti e Nb, tendo uma espessura > 0,7 mm e uma microestrutura de grão fino, cuja pré-tira, a montante da laminação de acabamento, é mantida a uma temperatura > 900 °C, a dita tira de aço tendo uma carga de escoamento entre 275 e 700 N/mm2, caracterizada por uma composição em % em peso de 0,04 - 0,08 C, 0,15 - 2,0 Mn, 0,06-0,60 Si, P < 0,01, S < 0,01, Cr < 0,35, Ni < 0,20, Mo < 0,25, Cu < 0,20, 0,012-0,070 Nb, 0,02-0,03 V, Ti <0,11, 0,025 - 0,050 Al, N £ 0,0115, com pelo menos 90% de seus grãos com uma fineza maior que o grau 10 da norma ASTM E 112, a relação entre a carga de ruptura sob deformação devido a flexão plana (oFP) e carga de escoamento (Rpo,2) cjfp/Rp0,2 sendo s 0,9, bem como a relação entre a carga de escoamento e a carga de ruptura sendo > 0,7, em que a soma total de elementos V, Ti e Nb, não excede 0,2 % em peso.

2. Tira de aço ligada em microliga laminada a quente de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as tolerâncias de espessura da tira de aço são á 0,05 mm.