BRPI0814514B1

BRPI0814514B1 - chapa ou peça de aço, conjunto soldado, processo para a produção de uma chapa de aço, processo para produção de uma peça e uso de uma chapa de aço

Info

Publication number: BRPI0814514B1
Application number: BRPI0814514A
Authority: BR
Inventors: Ormston Damien; Drillet Pascal
Original assignee: Arcelormittal France
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2019-09-03
Also published as: KR101892423B1; ATE534756T1; RU2010105699A; EP2171112A1; US20180148806A1; US20180163282A9; BRPI0814514A2; WO2009034250A1; EP2171112B1; KR20140044407A; CN101784688B; ZA201000290B; KR20130010030A; MA31525B1; US20100221573A1; CN101784688A; CA2694069C; AR067594A1; JP5298127B2; CA2694069A1

Abstract

chapa ou peça de aço, conjunto soldado, processo para a produção de uma chapa de aço, processo para produção de uma peça e uso de uma chapa de aço a presente invenção refere-se a uma chapa de aço laminada a quente tendo uma limite de resistência à tração maior que 800 mpa e um alongamento na fratura maior que 10%, cuja composição compreende, os teores sendo expressos em % em peso: 0,050% ? c ? 0,090%, 1% ? mn ? 2%, 0,015% ? al ? 0,050%, 0,1% ? si ? 0,3%, 0,10% ? mo ? 0,40%, s ? 0,010%, p ? 0,025%, 0,003% ? n ? 0,009%, 0,12% ? v ? 0,22%, ti ? 0,005%, nb ? 0,020%, e, opcionalmente, cr ? 0,45%, o saldo da composição consistindo em ferro e as inevitáveis impurezas resultantes da fusão, a microestrutura da chapa ou da peça compreendendo, como uma fração de superfície, pelo menos 80% em bainita superior, o possível complemento consistindo em bainita inferior, martensita e austenita residual, a soma dos teores de martensita e austenita residual sendo menor que 5%.

Description

“CHAPA OU PEÇA DE AÇO, CONJUNTO SOLDADO, PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO, PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA PEÇA E USO DE UMA CHAPA DE AÇO” [001] A presente invenção refere-se à produção de chapas ou a peças laminadas a quente feitas do que são chamados aços multifase tendo simultaneamente um limite de resistência à tração muito alta e uma capacidade de deformação que permita que operações de conformação a frio ou a quente sejam executadas. A invenção refere-se mais especificamente a aços que tenham uma microestrutura predominantemente bainítica tendo um limite de resistência à tração maior que 800 MPa e um alongamento na quebra maior que 10%.

[002] A indústria automobilística constitui, em particular, um campo preferencial de aplicação de tais chapas de aço laminadas a quente.

[003] Em particular, nessa indústria, há uma necessidade contínua de tornar os veículos mais leves e aumentar sua segurança. Assim, várias famílias de aços foram propostas para alcançar essas necessidades crescentes.

[004] Inicialmente, foram propostos aços que contêm elementos de microligação, cujo endurecimento é obtido simultaneamente pela precipitação e pelo refino do grão. O desenvolvimento de tais aços foi seguido pelo de aços dupla fase nos quais a presença de martensita dentro de um limite de matriz ferrita permite que um limite de resistência à tração maior que 450 MPa, combinada com boa capacidade de conformação a frio, seja obtida.

[005] Para alcançar maiores níveis de resistência, foram desenvolvidos aços apresentando comportamento TRIP (plasticidade induzida por transformação) com combinações vantajosas de propriedades (resistência/capacidade de deformação). Essas propriedades são devidas à

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2/21 estrutura de tais aços, que consiste em uma matriz ferrita contendo bainita e austenita residual. Sob o efeito de uma deformação, a austenita residual de uma peça de aço TRIP progressivamente se transforma em martensita, com o resultado de que há uma considerável consolidação e retardamento na aparência do gargalo.

[006] Para alcançar simultaneamente uma alta razão limite de elasticidade/limite de resistência à tração e um limite de resistência à tração ainda maior, isto é, acima de 800 MPa, foram desenvolvidos aços de multifase tendo numa estrutura predominantemente bainítica. Na indústria automobilística, ou na indústria em geral, esses aços foram usados proveitosamente para produzir peças estruturais. Entretanto, a capacidade de conformação dessas peças requer ao mesmo tempo um alongamento suficiente. Esse requisito pode também se aplicar quando as peças são soldadas e então conformadas. Nesse caso as juntas soldadas devem ter uma capacidade de conformação suficiente e não resultar em fraturas prematuras nas juntas.

[007] O objetivo da presente invenção é resolver os problemas acima mencionados pelo fornecimento de uma chapa de aço laminada a quente tendo um limite de resistência à tração maior que 800 MPa juntamente com um alongamento na fratura maior que 10%, tanto na direção de laminação quanto na direção transversal.

[008] A invenção também fornece uma chapa de aço que é grandemente insensível ao dano quando é cortada pelo processo mecânico.

[009] O alvo da invenção é também fornecer uma chapa de aço que tenha uma boa capacidade de conformação de montagens soldadas produzidas a partir desse aço, em particular montagens obtidas por soldagem a laser.

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3/21 [010] O objetivo da invenção é também fornecer um processo para produção de uma chapa de aço para o estado sem revestimento, eletrogalvanizado ou galvanizado, ou revestido com alumínio. Isto, portanto, requer que as propriedades mecânicas desse aço sejam grandemente insensíveis aos ciclos térmicos associados com processos de revestimento contínuo de zinco por imersão a quente.

[011] O objetivo da invenção é também fornecer uma chapa de aço ou uma peça laminada a quente disponível mesmo com uma pequena espessura, isto é, por exemplo, entre 1 e 5 mm. A dureza a quente do aço deve, portanto, não ser muito alta para facilitar a laminação.

[012] Para esse propósito, um objetivo da invenção é uma chapa de aço ou peça laminada a quente tendo um limite de resistência à tração maior que 800 MPa e um alongamento na fratura maior que 10%, cuja composição compreenda, os teores sendo expressos em % em peso: 0,050% < C < 0,090%, 1% < Mn < 2%, 0,015% < Al < 0,050%, 0,1% < Si < 0,3%, 0,10% < Mo < 0,40%, S < 0,010%, P < 0,025%, 0,003% < N < 0,009%, 0,12% < V < 0,22%, Ti < 0,005%, Nb < 0,020% e, opcionalmente, Cr < 0,45%, o saldo da composição consistindo em ferro e as inevitáveis impurezas resultantes da fusão, a microestrutura da mencionada chapa ou da mencionada peça compreendendo, como fração da superfície, pelo menos 80% de bainita superior, o possível complemento consistindo em bainita inferior, martensita e austenita residual, a soma dos teores de martensita e austenita residual sendo menor que 5%.

[013] A composição do aço preferivelmente compreende, o teor sendo expresso em % em peso: 0,050% < C < 0,070%.

[014] Preferivelmente a composição compreende, o teor sendo expresso em % em peso: 0,070% < C < 0,090%.

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4/21 [015] De acordo com uma configuração preferida, a composição compreende: 1,4% < Mn < 1,8%.

[016] Preferivelmente a composição compreende: 0,020% < Al < 0,040%.

[017] A composição do aço preferivelmente compreende: 0,12 < V < 0,16%.

[018] De acordo com uma configuração preferida, a composição do aço compreende: 0,18% < Mo < 0,30%.

[019] Preferivelmente a composição compreende: Nb < 0,005%.

[020] Preferivelmente a composição compreende: 0,20% < Cr < 0,45%.

[021] De acordo com uma configuração particular, a chapa ou peça é revestida com um revestimento à base de zinco ou à base de alumínio.

[022] Um outro objeto da invenção é uma peça de aço com a composição e a microestrutura definidas acima, caracterizada pelo fato de que é obtida por aquecimento em uma temperatura T entre 400 e 690°C, e então estampada a quente em uma faixa de temperatura entre 350°C e (T 20°C) e então finalmente resfriada até a temperatura ambiente.

[023] Um outro objetivo da invenção é uma montagem soldada por um feixe de alta densidade de energia, produzida a partir de uma chapa de aço ou de uma peça conforme uma das configurações acima.

[024] Um outro objeto da invenção é um processo para produção de uma chapa de aço ou uma peça laminada a quente tendo uma limite de resistência à tração maior que 800 MPa e um alongamento na fratura maior que 10%, no qual o aço da composição acima é fornecido, um

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5/21 produto semiacabado é lingotado, o mesmo é aquecido até uma temperatura acima de 1.150°C. O produto semiacabado é laminado a quente até uma temperatura TER em uma faixa na qual a microestrutura do aço é inteiramente austenita de modo a se obter uma chapa. Essa última é então resfriada a uma taxa de resfriamento Vc de entre 75 e 200°C/s, e então a chapa é bobinada a uma temperatura Tcoil entre 500 e 600°C.

[025] De acordo com uma configuração preferida, a temperatura final de laminação Ter está entre 870 e 930°C.

[026] Preferivelmente a taxa de resfriamento Vc está entre 80 e 150°C/s.

[027] Preferivelmente a chapa é decapada, e então opcionalmente sofre laminação de skin pass e é então revestida com zinco ou uma liga de zinco.

[028] De acordo com uma configuração preferida, o revestimento é executado continuamente por imersão a quente.

[029] Um outro objeto da invenção é um processo para produção de uma peça estampada a quente, na qual é fornecida uma chapa de aço conforme uma das características acima, ou produzida por um processo conforme uma das características acima, e então a mencionada chapa é cortada de modo a obter um disco. O disco é parcialmente ou completamente aquecido até uma temperatura T entre 400°C e 690°C, onde ele é mantido por um tempo de menos de 15 minutos de modo a obter um disco aquecido, então o disco aquecido é estampado a uma temperatura de entre 350°C e T-20°C para obter uma peça que é resfriada até a temperatura ambiente a uma taxa V'c.

[030] De acordo com uma configuração particular, a taxa V'c está entre 25 e 100°C/s.

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6/21 [031] Um outro objeto da invenção é o uso de uma chapa de aço laminada a quente conforme uma das configurações acima, ou produzida por um processo conforme uma das configurações acima, para a produção de peças estruturais ou elementos de reforço no campo automotivo.

[032] Outras características e vantagens da invenção se tornarão aparentes no decurso da descrição abaixo, dada como exemplo e em relação às figuras em anexo, nas quais:

- a Figura 1 ilustra a influência do teor de carbono no alongamento na direção longitudinal das juntas soldadas de topo usando-se um feixe laser;

- a Figura 2 ilustra a microestrutura de uma chapa de aço ou de uma peça de acordo com a invenção; e

- a Figura 3 ilustra a microestrutura de uma peça de aço estampada a quente conforme a invenção.

[033] Em relação à composição química do aço, o teor de carbono desempenha um papel importante na formação da microestrutura e nas propriedades mecânicas.

[034] De acordo com a invenção, o teor de carbono está entre 0,050% e 0,090% em peso. Abaixo de 0,050%, uma resistência suficiente não pode ser alcançada. Acima de 0,090%, a microestrutura formada consiste predominantemente em bainita inferior, essa estrutura sendo caracterizada pela presença de carbonetos precipitados dentro das lâminas de ferrita-bainita: a resistência mecânica assim obtida é alta, mas o alongamento é então consideravelmente reduzido.

[035] De acordo com uma configuração particular da invenção, o teor de carbono está entre 0,050 e 0,070%. A Figura 1 ilustra a influência

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7/21 do teor de carbono no alongamento na direção longitudinal de juntas soldadas de topo produzidas por um feixe laser. Um alongamento particularmente alto na fratura de cerca de 17 a 23% é associado com um teor de carbono variando de 0,050 a 0,070%. Esses altos valores de alongamento garantem que as chapas soldadas a laser possam ser estampadas satisfatoriamente, mesmo quando se leva em conta as possíveis imperfeições locais tais como singularidades geométricas de gotas de solda provocando concentrações de estresse, ou microporosidades dentro do metal fundido. Comparado com aços com 0,12% de C da técnica anterior, foi esperado que a redução no teor de carbono m elhorasse a capacidade de soldagem. Entretanto, foi demonstrado que uma redução significativa do teor de carbono não apenas torna possível obter-se um alto alongamento na fratura, mas também manter simultaneamente a resistência a um nível acima de 8000 MPa, algo que não era esperado para teores baixos, da ordem de 0,050% de C.

[036] De acordo com outra configuração preferida, o teor de carbono é maior que 0,070%, mas não excede 0,090%. Embora essa faixa não resulte em uma ductilidade tão alta, o alongamento na fratura das soldas a laser é maior que 15% e permanece comparável com aquele da chapa de aço base.

[037] O manganês, em uma quantidade de entre 1 e 2% em peso, aumenta a capacidade de endurecimento e evita a formação de ferrita no resfriamento após a laminação. O manganês também contribui para a desoxidação do aço na fase líquida durante a fusão. A adição de manganês também contribui para o endurecimento efetivo da solução sólida e para se obter uma maior resistência. Preferivelmente, o teor de manganês está entre

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1,4 e 1,8%: dessa forma, uma estrutura completamente bainítica é formada sem o risco do aparecimento de uma nociva estrutura ligada.

[038] O alumínio, dentro de uma faixa de teores entre 0,015% e 0,050%, é um elemento eficaz para desoxidação do aço. Essa eficácia é obtida de uma forma particularmente econômica e estável quando o teor de alumínio está entre 0,020 e 0,040%.

[039] O silício, em uma quantidade que não exceda 0,1%, contribui para a desoxidação na fase líquida e para o endurecimento da solução sólida. Entretanto, uma adição de silício acima de 0,3% provoca a formação de óxidos altamente aderentes e o possível aparecimento de defeitos de superfície devido, em particular, à falta de capacidade de umedecimento nas operações de galvanização a quente.

[040] O molibdênio, em uma quantidade que não exceda 0,10%, retarda a transformação da bainita durante o resfriamento após a laminação, contribui para o endurecimento da solução sólida e refina o tamanho das lâminas de bainita. De acordo com a invenção, o teor de molibdênio não excede 0,40% de modo a evitar a formação excessiva de estruturas de endurecimento. Este teor limitado de molibdênio também torna possível diminuir o custo de produção.

[041] De acordo com uma configuração preferida, o teor de molibdênio é igual a, ou maior que, 0,18%, mas não excede 0,30%. Dessa forma, o nível é idealmente ajustado de modo a evitar a formação de ferrita ou perlita na chapa de aço na mesa de resfriamento após a laminação a quente.

[042] O enxofre, em uma quantidade maior que 0,010%, tende a se precipitar excessivamente na forma de sulfetos de manganês o que reduz grandemente a capacidade de conformação.

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9/21 [043] O fósforo é um elemento conhecido por segregar nas bordas dos grãos. Seu teor deve ser limitado a 0,025% de modo a manter uma ductilidade a quente suficiente.

[044] Opcionalmente, a composição pode conter cromo em uma quantidade que não exceda 0,45%. Graças a outros elementos da composição e ao processo conforme a invenção, sua presença não é, entretanto, absolutamente necessária, isto sendo uma vantagem uma vez que evita adições de custo.

[045] Uma adição de cromo entre 0,20 e 0,45% pode ser feita como um complemento aos outros elementos que aumentam a capacidade de endurecimento: abaixo de 0,20%, o efeito na capacidade de endurecimento não é tão pronunciado, enquanto acima de 0,45% a capacidade de revestimento pode ser reduzida.

[046] De acordo com a invenção, o aço contém menos de 0,005% de Ti e menos de 0,020% de Nb. Se não for esse o caso, esses elementos fixam uma quantidade muito grande de nitrogênio na forma de nitretos ou carbonitretos. Então permanece uma quantidade insuficiente de nitrogênio disponível para precipitar com o vanádio. Em adição, uma precipitação excessiva de nióbio aumentaria a dureza a quente e não permitiría que produtos de chapa fina laminada a quente fossem facilmente produzidos.

[047] Em uma configuração particularmente econômica, o teor de nióbio é de menos de 0,005%.

[048] O vanádio é um elemento importante de acordo com a invenção - o aço tem um teor de vanádio de entre 0,12 e 0,22%. Comparado com um aço que não contenha vanádio, o aumento na resistência graças ao endurecimento pela precipitação de carbonitretos pode ser de até 300 MPa.

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Abaixo de 0,12%, é notado um efeito significativo nas propriedades mecânicas de tração. Acima de 0,22% de vanádio, sob as condições de produção conforme a invenção, uma saturação do efeito nas propriedades mecânicas é notada. Um teor de menos de 0,22%, portanto, torna possível obter altas propriedades mecânicas muito economicamente em comparação com aços que tenham maiores teores de vanádio. Para um teor de vanádio de entre 0,13 e 0,15%, o refino da microestrutura e o endurecimento da estrutura obtidos são mais particularmente efetivos.

[049] De acordo com a invenção, o teor de nitrogênio é maior que, ou igual a, 0,003% para precipitar carbonitretos de vanádio em quantidade suficiente. Entretanto, o teor de nitrogênio é menor que, ou igual a, 0,009% para evitar que o nitrogênio vá para a solução sólida ou para evitar a formação de carbonitretos maiores, o que reduz a ductilidade.

[050] O restante da composição consiste nas inevitáveis impurezas resultantes da fusão, tais como, por exemplo, Sb, Sn e As.

[051] A microestrutura da chapa ou peça de aço conforme a invenção consiste em:

- pelo menos 80% de bainita superior, essa estrutura consistindo em lâminas de ferrita-bainita e carbonetos localizados entre essas lâminas, a precipitação ocorrendo durante a transformação bainítica. Essa matriz tem propriedades de alta resistência combinadas com uma alta ductilidade. Muito preferencialmente, a microestrutura consiste em pelo menos 90% de bainita superior - a microestrutura é então muito homogênea e evita deformação localizada;

- como complemento possível, a estrutura contém:

- bainita inferior, da qual ocorre a precipitação de carbonetos dentro das lâminas de ferrita. Comparado com bainita superior, bainita

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11/21 inferior tem uma resistência levemente superior, mas uma menor ductilidade; e

- possivelmente martensita. Essa última é frequentemente associada com austenita residual na forma de compostos M-A (martensitaaustenita residual). O teor total de martensita e austenita residual deve ser limitado a 5% para não reduzir a ductilidade.

[052] As porcentagens microestruturais acima correspondem a frações de superfície que podem ser medidas em seções polidas e causticadas.

[053] A microestrutura não contém, portanto, nenhuma ferrita primária ou proeutectoide - é, portanto, muito homogênea uma vez que a variação nas propriedades mecânicas entre a matriz (bainita superior) e os outros possíveis constituintes (bainita inferior e martensita) é pequena. Quando o aço está sendo estressado mecanicamente, as deformações são distribuídas uniformemente. A acumulação de deslocamento não ocorre nas interfaces entre os constituintes e danos prematuros são evitados, diferentemente do que pode ser observado em estruturas que tenham uma quantidade significativa de ferrita primaria, em cuja fase o limite de escoamento é muito baixo, ou martensita tendo um nível de resistência muito alto. Dessa forma, a chapa de aço conforme a invenção é particularmente capaz de sofrer certos modos exigentes de deformação, tais como expansão de furos, o estresse mecânico de corte e dobramento de bordas.

[054] O processo para produção de uma chapa ou peça de aço laminada a quente conforme a invenção é executado como segue:

- um aço de composição conforme a invenção é fornecido e lingotado para formar um produto semiacabado. Esse lingotamento pode ser

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12/21 executado para formar lingotes, ou continuamente para formar uma placa com uma espessura de cerca de 200 mm. O lingotamento pode também ser executado para formar uma placa fina com uma espessura de poucas dezenas de milímetros ou uma tira fina entre cilindros de aço em contrarrotação.

[055] Os produtos lingotados semiacabados são inicialmente aquecidos até uma temperatura acima de 1.150°C, de modo a alcançar a qualquer ponto uma temperatura favorável às altas deformações que o aço sofrerá durante a laminação.

[056] Naturalmente, no caso de lingotamento direto de uma laca fina ou de uma tira fina entre cilindros em contrarrotação, a etapa de laminar a quente esses produtos semiacabados, iniciando acima de 1.150°C, pode ser executada diretamente após o lingotamento de forma que uma etapa de reaquecimento intermediário seja, nesse caso, desnecessária.

[057] O produto semiacabado é laminado a quente em uma faixa de temperatura na qual a estrutura do aço é completamente austenítica até uma temperatura de final de laminação TER. A temperatura TER está preferivelmente entre 870 e 930°C de modo a se obter um tamanho de grão adequado para a transformação bainítica que se segue.

[058] A seguir o produto é resfriado a uma taxa de resfriamento VC de entre 75 e 200°C/s. Uma taxa mínima de 75°C/s evita a formação de perlita e ferrita proeutectoide, enquanto uma taxa VC não excedendo 200°C evita a formação excessiva de martensita.

[059] Otimamente, a taxa VC está entre 80 e 150°C/s. Uma taxa mínima de 80°C/s leva à formação de bainita superior com um tamanho de lâmina muito pequeno, combinada com excelentes propriedades

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13/21 mecânicas. Uma taxa abaixo de 150°C/s evita a formação de martensita de forma consideravelmente razoável.

[060] A taxa de resfriamento conforme a invenção pode ser obtida por meio da pulverização de água ou de uma mistura ar/água, dependendo da espessura da chapa, na saída do laminador de acabamento.

- Após essa fase de resfriamento rápido, a chapa laminada a quente é bobinada a uma temperatura Tcoil entre 500 e 600°C. A transformação bainítica ocorre durante essa fase de bobinamento. Assim, a formação de ferrita proeutectoide ou perlita, provocada pela temperatura de bobinamento muito alta, é evitada, como é também a formação de constituintes de endurecimento que seriam causados por uma temperatura de bobinamento muito baixa. Em adição, a precipitação de carbonitretos que ocorre dentro dessa faixa de temperatura de bobinamento permite que um endurecimento adicional seja obtido.

[061] A chapa pode ser usada no estado bruto ou no estado revestido. Nesse último caso, o revestimento pode, por exemplo, ser um revestimento à base de zinco ou alumínio. Dependendo do uso pretendido, a chapa é decapada após a laminação usando-se um processo conhecido per se, de modo a se obter um acabamento de superfície condutor para implementar a subsequente operação de revestimento.

[062] Para eliminar o platô observado em um teste de tração, a chapa pode opcionalmente ser submetida a uma leve deformação a frio, geralmente de menos de 1% (skin pass). A chapa é então revestida com zinco ou com uma liga à base de zinco, por exemplo, por eletrogalvanização ou por galvanização contínua por imersão a quente. Nesse último caso, foi demonstrado que a microestrutura particular do aço, composta predominantemente de bainita inferior, é insensível às condições térmicas do

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14/21 tratamento de galvanização subsequente, de forma que as propriedades mecânicas da chapa continuamente revestida por imersão a quente são muito estáveis mesmo no evento de flutuações inoportunas nessas condições. A chapa no estado galvanizado, portanto, tem propriedades mecânicas muito similares àquelas no estado não revestido.

[063] A seguir, a chapa é cortada por processos conhecidos per se de modo a se obter discos adequados para a operação de conformação.

[064] Os inventores também demonstraram que é possível se beneficiar da microestrutura conforme a invenção para produzir peças estampadas particularmente vantajosamente conforme o seguinte processo:

- inicialmente os discos definidos acima são aquecidos até uma temperatura T entre 400 e 690°C. A duração do enxágue a essa temperatura pode variar até 15 minutos sem haver qualquer risco de a limite de resistência à tração Rm da peça final cair abaixo de 800 MPa. A temperatura de aquecimento deve ser acima de 400°C para diminuir o limite de escoamento do aço suficientemente e permitir que a operação de estampagem que segue seja executada com forças baixas, e garantir que a recuperação elástica da peça estampada seja também mínima, permitindo a produção de uma peça com uma boa precisão geométrica. Essa temperatura é limitada, por um lado, a 690°C durante o aquecimento para evitar a transformação parcial em austenita, o que levaria à formação de constituintes endurecedores durante o resfriamento e, por outro lado, para evitar o amolecimento da matriz, que levaria a uma resistência de menos de 800 MPa na pela estampada.

[065] A seguir esses discos aquecidos são submetidos a uma operação de estampagem em uma faixa de temperatura de 350°C até (TPetição 870190010991, de 01/02/2019, pág. 26/73

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20°C) de modo a formar uma peça que seja resfriada até a temperatura ambiente. Assim, uma operação de estampagem morna é executada com os seguintes efeitos:

- o limite de escoamento do aço é reduzido, tornando assim possível usar-se prensas de estampagem menos possantes e/ou produzir peças que sejam mais difíceis de produzir que por estampagem a frio; e

- a faixa de temperatura da estampagem morna leva em conta a leve redução na temperatura quando o disco é removido do forno e transferido para a prensa de estampagem: para uma temperatura de aquecimento de T°C, a estampagem pode começar a uma temperatura de (T-20°C). A temperatura de estampagem deve, entretanto, estar acima de 350°C de modo a limitar a recuperação elástica e o nível de estresses residuais na peça final. Comparada com uma operação de estampagem a frio, essa redução na recuperação elástica permite que sejam produzidas peças com uma melhor tolerância geométrica final.

- Surpreendentemente, foi descoberto que a microestrutura particular dos aços conforme a invenção leva a propriedades mecânicas muito estáveis, (resistência, alongamento) na estampagem morna - isto é porque uma variação na temperatura de estampagem ou na taxa de resfriamento após a estampagem não resultam em uma modificação significativa na microestrutura ou nos precipitados, tais como carbonitretos.

- dentro das condições da invenção, uma modificação inoportuna ou uma flutuação nos parâmetros de aquecimento (temperatura de enxágue ou tempo de enxágue) ou nos parâmetros de resfriamento (melhor ou pior contato entre a peça e a ferramenta), portanto, não resultam no descarte das peças assim produzidas.

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- Quando do aquecimento e da estampagem morna, uma modificação nos compostos M-A possivelmente presentes em uma pequena quantidade inicial não resulta na degradação das propriedades mecânicas. Por exemplo, deve ser notado que não há efeito negativo devido à desestabilização da austenita residual.

- A microestrutura após a estampagem morna é muito similar à microestrutura antes da estampagem. Dessa forma, se o disco não for todo aquecido e estampado a quente, mas apenas uma porção (a porção a ser estampada tendo sido localmente aquecida por meios adequados, por exemplo, por aquecimento por indução), a microestrutura e as propriedades da peça final serão muito homogêneas em suas várias porções.

Exemplo 1 [066] Foram produzidos aços com a composição dada na tabela abaixo, expressa em porcentagem em peso. Fora do aço I-1, que serve para produção de chapas conforme a invenção, a tabela indica para comparação a composição de aços R-1 e R-2 usados para produzir chapas de referência.

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Tabela 1: Composição dos aços (em % em peso)

Aço	C (%)	Mn (%)	Si (%)	Al (%)	S (%)	P (%)	Mo (%)	Cr (%)	N (%)	V (%)	Nb (%)
I-1	0,070	1,604	0,218	0,028	0,002	0,014	0,313	0,400	0,006	0,150	-
I-2	0,072	1,592	0,204	0,031	0,003	0,024	0,200	0,414	0,006	0,211	0,017
R-1	0,125	1,670	0,205	0,030	0,002	0,025	0,307	0,414	0,004	0,105	-
R-2	0,102	1,680	0,204	0,023	0,002	0,028	0,315	0,408	0,007	0,205	-

I = conforme a invenção; R = referência

Valores sublinhados: não conforme com a invenção

17/21

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18/21 [067] Produtos semiacabados correspondentes à composição acima foram reaquecidos até 1220°C e laminados a quente até uma espessura de 2,3 mm dentro de uma faixa na qual a estrutura é inteiramente austenítica. As condições de produção (temperatura final de laminação TER, taxa de resfriamento VC, temperatura de bobinamento Tcoil) para esses aços são indicados na tabela a seguir:

Tabela 2: Condições de produção

Aço	Ter(°C)	Vc(°C/s)	Tcoil(°C)
I-1	910	80	520
I-2	875	80	600
R-1	880	80	520
R-2	885	100	450

Valores sublinhados: não conforme com a invenção [068] As propriedades de tração (limite de elasticidade Re, limite de resistência à tração Rm e alongamento na fratura A) obtidas são dadas na Tabela 3 abaixo.

Tabela 3: Propriedades mecânicas (na direção de laminação)

Aço	Re(MPa)	Rm(MPa)	Alongamento na fratura A (%)
I1	820	880	11
I2	767	831	16
R1	740	835	8
R2	870	927	7,5

Valor sublinhado: não conforme com a invenção

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19/21 [069] Os altos valores das propriedades mecânicas são obtidos tanto na direção de laminação quanto na direção transversal para os aços conforme a invenção.

[070] A microestrutura do aço I1 ilustrada na Figura 2 compreende mais de 80% de bainita superior, o restante consistindo em bainita inferior e compostos M-A. O teor total de martensita e austenita residual é menor que 5%. O tamanho dos grãos austeníticos anteriores e dos pacotes de lâminas de bainita é de cerca de 10 mícron. A limitação de tamanho dos pacotes de lâminas e a desorientação entre os pacotes adjacentes têm como resultado que há uma grande resistência à propagação de quaisquer microfraturas. Graças à pequena diferença na dureza entre os vários constituintes da microestrutura, o aço é grandemente insensível ao dano quando é cortado por um processo mecânico.

[071] A chapa de aço R1, tendo um teor de carbono muito alto e um teor de vanádio muito baixo, tem um alongamento na fratura insuficiente. O aço R2 tem um teor de carbono muito alto e um teor de fósforo muito alto, e sua temperatura de bobinamento é também muito baixa. Consequentemente, seu alongamento na fratura está substancialmente abaixo de 10%.

[072] Juntas de soldagem produzidas por soldagens a laser autógenas foram produzidas sob as seguintes condições: energia: 4,5 kW; velocidade de soldagem: 2,5 m/min. O alongamento na direção longitudinal das juntas soldadas a laser do aço I-1 foi de 17%, enquanto foi de 10% e 13% para os aços R-1 e R-2 respectivamente. Esses valores resultaram, em particular no caso do aço R1, em dificuldades quando da estampagem das juntas soldadas.

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20/21 [073] Chapas do aço I1 conforme a invenção são também galvanizadas sob as seguintes condições: após o aquecimento até 680°C, as chapas foram resfriadas até 455°C e então revestidas continuamente por imersão a quente em um banho de Zn a essa temperatura, e finalmente resfriadas até a temperatura ambiente. As propriedades mecânicas das chapas galvanizadas são as seguintes: Re = 824 MPa; Rm = 879 MPa; A = 12%. Essas propriedades são praticamente idênticas àquelas da chapa nãorevestida, o que indica que a microestrutura dos aços conforme a invenção é razoavelmente estável em relação aos ciclos térmicos de galvanização.

Exemplo 2 [074] Uma chapa do aço I-1, produzida usando-se os parâmetros definidos na Tabela 2 para esse aço, foi cortada de modo a se obter discos. Após aquecer até uma temperatura T de 400 a 690°C, uniformizar a essas temperaturas por 7 ou 10 minutos e estampar a quente às respectivas temperaturas de 350° ou 640°C, as peças obtidas foram resfriadas a uma taxa V'C de 25°C/s ou 100°C/s até a temperatura ambiente. A taxa V'C denota a taxa média de resfriamento entre a temperatura T e a temperatura ambiente. A limite de resistência à tração Rm das peças assim obtidas está indicada na Tabela 4.

Tabela 4: Resistência Rm obtida após o bobinamento a quente sob várias condições

	Resfriamento 25°C/s	Resfriamento 100°C/s
Aquecimento: 400°C - 7 minutos	880 MPa	875 MPa
Aquecimento: 400°C - 10 minutos	875 MPa	885 MPa
Aquecimento: 690°C - 10 minutos	810 MPa	810 MPa

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21/21 [075] As peças estampadas conforme as condições da invenção terão uma baixa sensibilidade à variação nas condições de produção: após aquecimento até 400°C, a resistência final pode variar pouco (cerca de 10 MPa) quando o tempo de aquecimento e/ou a taxa de resfriamento são modificados.

[076] Mesmo para aquecimento a 690°C, a resistência da peça obtida é maior que 800 MPa.

[077] Comparado com a microestrutura inicial, é notada uma leve precipitação adicional de carbonetos. A estrutura permanece praticamente idêntica àquela de uma chapa que não é estampada a quente, conforme ilustrado na Figura 3 em relação a uma peça reaquecida até 400°C por 7 minutos e então estampada a 380°C.

[078] Assim, a invenção torna possível produzir chapas ou peças feitas de aços que tenham uma matriz bainita sem adição excessiva de elementos onerosos. Essas chapas ou peças combinam alta resistência com alta ductilidade. As chapas de aço conforme a invenção são usadas vantajosamente para produzir peças estruturais ou elementos de reforço no campo automobilístico e na indústria em geral.

Claims

Reivindicações

1. CHAPA OU PEÇA DE AÇO laminada a quente tendo um limite de resistência à tração maior que 800 MPa e um alongamento na fratura maior que 10%, caracterizado por consistir, em % em peso, de:

0,050% < C < 0,070%

1,4% < Mn < 1,8%

0,020% < Al < 0,040%

0,10% < Si < 0,3%

0,18% < Mo < 0,30%

S < 0,010%

P < 0,025%

0,003% < N < 0,006%

0,12% < V < 0,16%, e

0,20% < Cr < 0,45% o equilíbrio da composição consistindo em ferro e em inevitáveis impurezas resultantes da fusão, e em que a microestrutura da mencionada chapa ou da mencionada peça consistindo em, como uma fração de superfície, pelo menos 80% de bainita superior, e um possível complemento, o possível complemento consistindo em bainita inferior, martensita e austenita residual, a soma dos teores de martensita e austenita residual sendo menor que 5%.

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2. CHAPA OU PEÇA DE AÇO de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a composição do mencionado aço ser tal que:

Nb < 0,005%.
3. CHAPA OU PEÇA DE AÇO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de que a mencionada chapa de aço ou a mencionada peça é revestida com um revestimento à base de zinco ou à base de alumínio.
4. PEÇA DE AÇO com uma composição e uma microestrutura como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que resulta de um processo que inclui o aquecimento até uma temperatura T de entre 400°C e 690°C, e então uma estampagem a quente em uma faixa de temperaturas entre 350°C e (T20°C) e então resfriando até a temperatura ambiente.
5. CONJUNTO SOLDADO produzido a partir de pelo menos uma chapa ou peça de aço conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma chapa ou peça é soldada por um feixe de alta densidade de energia.
6. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO laminada a quente tendo um limite de resistência à tração maior que 800 MPa e um alongamento na fratura maior que 10%, é fornecido um aço com a composição como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por:

- um produto semiacabado é lingotado desse aço;

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- o mencionado produto semiacabado é aquecido até uma temperatura acima de 1.150°C;

- o mencionado produto semiacabado é laminado a quente até uma temperatura Ter em uma faixa de temperatura entre 870°C e 930°C, na qual a microestrutura do aço é inteiramente austenítica de modo a se obter uma chapa;

- a mencionada chapa é resfriada de tal forma que a taxa de resfriamento Vc esteja entre 75 e 200°C/s; e então

- a mencionada chapa é bobinada em uma temperatura TCOIL de entre 500 e 600°C.
7. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO laminada a quente de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a taxa de resfriamento Vc está entre 80 e 150°C/s.
8. PROCESSO DE PRODUÇÃO no qual uma chapa produzida como definida em qualquer uma das reivindicações 6 a 7 é decapada, caracterizado pelo fato de que opcionalmente sofre skin pass e é então revestida com zinco ou uma liga de zinco ou ainda com alumínio ou uma liga de alumínio.
9. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o mencionado revestimento é executado continuamente por revestimento por imersão a quente.
10. PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA PEÇA estampada a quente, caracterizado pelo fato de que:

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ΑΙΑ

- é fornecida uma chapa de aço como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 ou produzida por um processo como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 9, então

- a mencionada chapa é cortada de modo a se obter um disco; então

- o mencionado disco é parcialmente ou completamente aquecido até uma temperatura T de entre 400°C e 690°C, onde é mantido por um tempo de menos de 15 minutos de modo a se obter um disco aquecido; então

- o mencionado disco aquecido é estampado em uma temperatura de entre 350°C e (T-20°C) para se obter uma peça; e então

- a mencionada peça é resfriada até a temperatura ambiente a uma taxa V'c entre 25 e 100°C/s.
11. USO DE UMA CHAPA DE AÇO laminada a quente como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, ou produzida por um processo como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de ser para a produção de peças estruturais ou elementos de reforço no campo automobilístico.