BRPI1005934B1

BRPI1005934B1 - aço carbono laminado a frio e processo para fabricar uma tira de aço mola texturizado por laminação a frio

Info

Publication number: BRPI1005934B1
Application number: BRPI1005934A
Authority: BR
Inventors: Wilmes Dirk; Junius Hans-Toni; Buddenberg Heino; Hellmann Michael
Original assignee: C D Waelzholz Gmbh
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2018-08-28
Also published as: CN102356174B; WO2010097078A2; JP5456067B2; EP2401413A2; JP2012518723A; US9290832B2; EP2401413B1; CN102356174A; BRPI1005934A2; KR20110127241A; WO2010097078A3; US20120114519A1; DE102009010442A1

Description

(54) Título: AÇO CARBONO LAMINADO A FRIO E PROCESSO PARA FABRICAR UMA TIRA DE AÇO MOLA TEXTURIZADO POR LAMINAÇÃO A FRIO (51) Int.CI.: C22C 38/04; C21D 8/02; F16F 1/04 (30) Prioridade Unionista: 26/02/2009 DE 10 2009 010 442.9 (73) Titular(es): C.D. WÀLZHOLZ GMBH (72) Inventor(es): HANS-TONI JUNIUS; HEINO BUDDENBERG; MICHAEL HELLMANN; DIRK WILMES (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/08/2011

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AÇO CARBONO LAMINADO A FRIO E PROCESSO PARA FABRICAR UMA TIRA DE AÇO MOLA TEXTURIZADO POR LAMINAÇÃO A FRIO

Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se a um aço carbono como tira de aço texturizado por laminação a frio, particularmente para molas conforme o conceito geral da reivindicação 1. Antecedentes da invenção [002] Tiras de aço são frequentemente utilizadas, em áreas técnicas, para a fabricação de material de mola, particularmente também para molas que podem ser enroladas. Molas deste tipo são utilizadas, por exemplo, em cintos de segurança de veículos automotores, como material para fitas que podem ser enroladas, carretéis de cabo ou também como elemento carretei de correias para cães e em muitas outras aplicações.

003'

No estado da técnica, a fabricação desse tipo de molas que podem ser enroladas é realizada a partir de um produto de fio ou tira, usualmente através do tratamento térmico de uma tira de aço com base martensítica ou através da transformação isotérmica em uma estrutura de perlítica de banda fina seguido de conformação a frio (a chamada tira de aço de textura laminada) . Para isso são utilizados tipicamente aços puros. Como tira de aço de textura laminada entendem-se todas as tiras de aço, e particularmente tiras de aço mola, que apresentam em no estado final uma clara textura em relevo, ou seja, uma orientação de cristal. Essa orientação de cristal provoca uma melhora das propriedades elásticas uma redução do risco de ruptura através de corrosão ou danos mecânicos transversais à orientação de cristal. Usualmente, uma textura desse tipo é fabricada

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2/10 através de uma forte conformação a frio do material por meio de laminação ou também por meio de estiramento sem recozimento intermediário.

[004] A tira laminada previamente (por exemplo, de 1,5 mm de espessura) é primeiramente austenitizada aproximadamente 850°C (o carbono é solubilizado) em uma instalação de recozimento continuo, em seguida tamperada em um banho de chumbo a aproximadamente 450°C até 500°C e ali mantida até que a transformação isotérmica é completada. A microestrutura de perlita de lamelas finas resultante é chamada, segundo o inventor inglês, Sorbit ou microestruturas patenteadas. Uma boa microestrutura apresenta uma distância entre lamelas de aproximadamente 0,1 pm. A resistência patenteada é mais alta

quanto mais finas são as listras	do	Sorbit e menor	é a
distância	das lamelas de cementita.
[005]	No subseqüente processo	de	laminação a	frio

realizado preferivelmente revertendo ocorrem, tanto nas lamelas de ferrita como também nas lamelas de cementita da perlita, deformações consideráveis. Regiões de microestrutura, cujas lamelas estão ordenadas paralelas à direção de laminação, a distância de lamelas diminui como conseqüência da deformação. De forma contrária, em regiões de microestrutura, que se apresentam ortogonais à direção de laminação, as lamelas se curvam primeiro em forma de ondas e para grandes mudanças de forma, incluso em forma de grampo para cabelo. A estrutura de fase pura apresenta-se assim que, dessa forma, visto a partir dos pontos de curvatura, todas as regiões de microestrutura tenham se alinhado paralelas à direção de laminação.

[006] Esse processo de fabricação custoso e complexo pode

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3/10 ser explicado metalurgicamente como se segue. O aço está sujeito a restrições no processo de conformação, já que ele tem que ser conformado como um todo, sem se desintegrar em grãos individuais. Por meio disso, cada grão tem que participar da conformação, e cada grão tem que ajustar essa conformação com o seu grão vizinho, para possibilitar a coesão ao longo de seus limites de grão. Os grãos da tira de aço possuem com certeza diferentes orientações. Se estes são pressurizados, através do processo de laminação, com uma pressão externa, então aqueles grãos que apresentam um sistema de deslizamento orientado vantajosamente, assim como um alto fator de Schmid (fator de conversão entre a tensão de compressão e de tração σ e a tensão de cisalhamento atuando no plano de deslizamento T) , já se deformam, enquanto em outros grãos menos vantajosamente orientados não se alcançou ainda a tensão de cisalhamento critica. A conformação de um único grão leva assim a uma mudança de forma, que não pode se separar do ambiente que não está se deformando plasticamente. A mudança de forma é reprimida elasticamente, o qual pode levar a altas tensões internas, por meio do qual finalmente é alcançada também a tensão de cisalhamento critica nos grãos vizinhos. Somente quando todos os grãos da tira de aço se deformam plasticamente, é alcançado o limite de escoamento do material.

[007] Adicionalmente ao anteriormente mencionado mecanismo de aumento de resistência através da laminação a frio, pode ser utilizado ademais o aumento da resistência através do chamado endurecimento de cristal misto. Este é uma consequência da interação dos átomos de liga com os deslocamentos, que leva à obstrução da interação. O efeito

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4/10 dos átomos de impureza sobre os deslocamentos pode acontecer então de três modos:

[008] - interação paraelástica: este efeito de parâmetro de microestrutura é causado através dos diferentes, em comparação com os átomos da matriz, tamanhos de átomos dos átomos de impureza, cuja existência na microestrutura cristalina causa tensões;

[009] - interação dielástica: este efeito de módulo de deslizamento tem sua interação baseada em que a energia de um deslocamento é proporcional ao módulo de deslizamento G;

[0010] - interação química: este mecanismo chamado também de efeito Suzuki baseia-se no fato de que a energia das falhas de empilhamento depende da composição.

[0011] Além das grandezas de influência relacionadas à microestrutura, as propriedades do aqui relevante aço laminado de parede fina são influenciadas enormemente também pela topografia das superfícies. Uma superfície geometricamente ideal, ou seja, uma superfície completamente plana, não pode ser conseguida com os meios técnicos convencionais, mais que isso é produzida uma superfície técnica com sobreposições definidas de desvios de forma individuais (rugosidade e retilineidade). Na laminação a frio, tem-se uma conformação obrigada (estado plano de mudança de forma). Aqui, a superfície não planificada da tira quente decapada, desincrustada é direcionada, com um número de passo de rolamento crescente, para a estrutura de tira, condicionada através do movimento relativo entre os cilindros de laminação. As passagens de laminação nos andaimes especiais nivelam a superfície do aço. A diminuição de rugosidade encontra-se, em dependência do produto, entre 60 e

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%. Ela depende da rugosidade da saída, da rugosidade da laminação assim como da resistência à mudança de forma do material. Com um número de pontos de contato crescente, a rugosidade da superfície alcança um valor limite. Parâmetros de variação para o ajuste da topografia exigida são, entre outros, a geometria da fenda de laminação, a distribuição de pressão, a velocidade de laminação e a tração da tira. Os cilindros de laminação como ferramentas de conformação exercem aqui uma influência decisiva sobre a superfície da tira. Seu perfil de superfície muda com o curso de rolamento. O contorno de laminação de um cilindro de laminação recém instalado é rapidamente trabalhado; o achatamento é particularmente intensivo no início e então assintoticamente alcança um determinado valor limite.

[0012] Considerando-se os aços de tira de mola produzidos com os parâmetros de fabricação anteriormente mencionados podem ser alcançadas propriedades de mola excelentes também com tempos de vida útil grandes. Esses materiais são, portanto, amplamente utilizados para aplicações especiais. Tem-se demonstrando, entretanto, que para materiais de mola para molas que podem ser enrolados de somente pouca espessura de tira na região de maior carga, por exemplo, para a fabricação de molas que podem ser enroladas para guias de cães em um espectro de espessuras de tipicamente 0,10-0,19 mm de espessura de tira, os componentes de microestrutura formando-se na microestrutura que se origina não podem ser maiores que aproximadamente 20 pm e com isso, menores que aproximadamente 1/5 da espessura de tira da tira de aço mola. Para componentes ou inclusões maiores pode apresentar-se então um efeito de concentração de tensão nas inclusões ou

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6/10 componentes de microestrutura, o qual pode levar a uma destruição do aço de tira. A garantia de microestruturas de grãos finos deste tipo é difícil de ser garantida através da fabricação convencional descrita anteriormente de materiais de mola para as espessuras de chapa desejadas.

Sumário da invenção [0013] O objetivo da presente invenção é, portanto, o desenvolvimento de uma tira de aço de textura laminada a frio de tal forma que é garantida uma prevenção segura da formação de trincas através da concentração de tensão devido a componentes de microestrutura mais grossos e não são pioradas as propriedades de material em comparação com as toras de aços laminadas conhecidas, eventualmente são inclusive melhoradas.

[0014] A solução da presente invenção resulta dos aspectos característicos da reivindicação 1 em conjunto com as características do conceito geral.

vantajosas da invenção resultam dependentes.

Outras concretizações das reivindicações

[0015]	A invenção	parte de	um aço carbono laminado a frio
com (em	% peso	) :
[0016]	C	0, 63 -	0, 85%
[0017]	Si	máximo	0,40%
[0018]	Mn	0,20 -	0, 90%
[0019]	P	máximo	0,035%
[0020]	S	máximo	0,035%
[0021]	Al	máximo	0,060%
[0022]	Cr	máximo	0,40%
[0023]	N	0,003	- 0,010%,	preferivelmente 0,005 - 0,008%

[0024] pelo menos um elemento microligante com um conteúdo

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7/10 de máximo 0,12% [0025] Ferro residual e impurezas de fundição.

[0026] Através do pelo menos um elemento microligante consegue-se um refinamento da microestrutura, que de forma segura evita a ocorrência de defeitos na microestrutura, o qual evita uma concentração de tensão particularmente na utilização de tiras de mola finas, sendo que ao mesmo tempo é conseguido um aumento da resistência assim como um melhoramento das expansões a serem alcançadas e com isso, um melhoramento da maleabilidade do material. Como elementos microligantes podem ser usados Titânio Ti, Nióbio Nb ou Vanádio V, eventualmente também Zircônio Zr sozinho ou também em combinação, sendo que o limite superior da porcentagem de liga resulta do tratamento térmico de endurecimento a ser ajustado. Testes mostraram que a porcentagem total dos elementos microligantes deve estar entre 0,02 e 0,12 peso em % do aço carbono, (titânio Ti 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,05 - 0,10%, Nióbio Nb 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,05 0,10%, Vanádio V 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,08 - 0,10%, Zircônio Zr 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,08 - 0,10%) para se alcançar a formação de microestrutura vantajosa descrita. [0027] Na fabricação de aços laminados a quente já é conhecida a adição de componentes de liga que causam uma diminuição dos tamanhos de grão da microestrutura resultante. Assim, são adicionados elementos microligantes, através dos quais um aço laminado a quente e depois esfriado forma uma microestrutura de grãos finos. A laminação a quente é, entretanto um processo de fabricação para grandes espessuras de chapa, por exemplo, na faixa de 250 mm até aproximadamente 1 mm de espessura de chapa. Espessuras de chapa menores não

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8/10 podem ser fabricadas usualmente com ajuda de laminação a quente, já que uma chapa mais fina não pode ser mantida com segurança, entre as trajetórias de laminação individuais, a temperatura de laminação a quente, usualmente acima de 720°C. A utilização deste tipo de aços microligados laminado a quente é restringida assim a produtos de aço de dimensões de espessura relativamente maiores. Através da ampla gama de outras propriedades de conformação da microestrutura de aços laminados a quente em comparação com aços laminados a frio, e devido à alta ativação térmica de mudanças de microestrutura que se apresentam pelo aquecimento e esfriamento dos aços laminados a quente, aços microligados deste tipo para a laminação a quente não podem ser utilizados para as exigências aqui apresentadas, particularmente em relação ao anteriormente mencionado efeito de concentração de tensão assim como às propriedades de superfície necessárias. Em lugar disso, de modo surpreendente, apresenta-se que, segundo a invenção, o aço composto com uma microestrutura de perlita de lamelas finas (Sorbit), especialmente para laminação a frio, satisfaz de forma exemplar os requerimentos relacionados ao aumento de resistência, assim como ao melhoramento das expansões que podem ser alcançadas e com isso, à maleabilidade do material assim como às propriedades de utilização em relação ao tempo de vida útil dos componentes de mola fabricados do mesmo e às qualidades de superfícies requeridas. Exatamente essas propriedades, para as dimensões de espessura requeridas, podem ser conseguidas através do refinamento de microestrutura segundo a invenção de modo qualitativo particularmente bom e econômico.

[0028] A resistência final do aço de textura laminada é

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9/10 definido a partir da soma da resistência ao tratamento térmico de endurecimento e a resistência à conformação, sendo que o aço carbono tem uma resistência à tração na faixa de 2400 - 3000 MPa após a laminação a frio. Os conteúdos de liga de elementos microligantes com um conteúdo de máximo até 0,12% peso devem aqui, através de precipitações e refinamento de grão, aumentar a resistência e a dureza e assim, melhorar ou aumentar a função e o tempo de vida das molas fabricadas do mesmo, particularmente fazem possível um aumento da vida útil.

[0029] A análise química pode corresponder basicamente à de uma classe de aço já utilizada hoje, normalizada e aprovada como aproximadamente às classes de aço C60S até C80S ou classes de aço similares, porém adicionadas de vanádio, nióbio ou titânio, eventualmente também zircônio como componente microligante, individuais ou em soma.

[0030] Vanádio forma, similar a nióbio e titânio, nitreto, carboneto ou carbonitreto finamente distribuído nos grãos e nos limites de grãos (distância entre partículas efetiva: 5 10 nm). Vanádio é solúvel na região-y, é tratado termicamente para endurecimento e efetivo refinador de grão.

[0031] Vantajoso é ademais, quando o aço carbono é submetido ao um processo de laminado a frio com um grau de redução de frio entre 60% e 90%, para alcançar a orientação desejada dos componentes da microestrutura.

[0032] Um aço carbono deste tipo pode ser utilizado preferivelmente como material em tiras de mola de aço de textura laminada para a fabricação de elementos que podem ser enrolados para cintos de segurança de veículos automotivos, para tremas enroláveis, para carretéis de cabo ou para

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10/10 elementos que podem ser enrolados de guias de caes, assim como em muitos diferentes produtos acabados e pré-acabados. [0033] Na figura 1 tem-se representada, qualitativamente, para uma composição exemplificativa do aço carbono conforme a invenção, a curva de consolidação em dependência da espessura de tira uma vez para a tira de vez para a tira de aço laminada ser observado, a resistência do redução de frio crescente e espessuras de tira de 0,1 mm na N / mm².

aço laminada a frio, e outra a frio e recozida. Como pode material aumenta com grau de encontra-se na região de faixa de aproximadamente 2450

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aço carbono laminado a frio, particularmente aço carbono C80 ou C80S, para fabricação de cintos de segurança de veículos automotores, para trenas, para carretéis de cabo ou elementos de guias de cães, caracterizado pelo fato de constituir (em % peso):

C 0,63 - 0,85%

Si máximo 0,40%

Mn 0,20 - 0,90%

P máximo 0,035%

S máximo 0,035%

Al máximo 0,060%

Cr máximo 0,40%

N 0,003 - 0,010%, preferivelmente 0,005 - 0,008%

Nb como um elemento microligante e pelo menos outro elemento microligante selecionado de um grupo consistindo de Ti, V e Zr, o Nb e o pelo menos outro elemento microligante tendo, juntos, um conteúdo de pelo menos 0,02% e no máximo 0,12%, Ferro residual e impurezas de fundição, sendo que o aço carbono tem uma resistência à tração na faixa de 2400 - 3000 MPa após a laminação a frio, sendo que o aço carbono laminado a frio na forma de uma tira enrolável de aço mola texturizado.
2. Aço carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de constituir, como elemento microligante (em % peso), titânio Ti 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,05 - 0,10%.
3. Aço carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de constituir, como elemento microligante (em % peso), Nióbio Nb 0,02 - 0,12%,

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2/2 preferivelmente 0,05 - 0,10%.
4. Aço carbono, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de constituir, como elemento microligante (em % peso), Vanádio V 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,08 - 0,10%.
5. Aço carbono, de acordo com a reivindicação 1,

caracterizado pelo fato de constituir, como elemento microligante (em % peso), Zircônio Zr 0,02 - 0,12%, preferivelmente 0,08 - 0,10%. 6. Processo para fabricar uma tira de aço mola texturizado por laminação a frio, conforme definida em qualquer uma das

reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de ser um processo de laminação a frio com um grau de redução de frio entre 60% e 90%.

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1/1

3000

Mudança de forma (%) (₃uiui/n) uiy

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