BRPI1107247A2

BRPI1107247A2 - Thermomechanical processing to obtain ultrafine grain ferritic steels

Info

Publication number: BRPI1107247A2
Application number: BRPI1107247-4A
Authority: BR
Inventors: Alessandro Roger Rodrigues; Cleiton Lazaro Fazolo De Assis; Oscar Balanci; Otavio Villar Da Silva Neto
Original assignee: Univ Estadual Paulista Júlio De Mesquita Filho Unesp; Univ Fed De São Carlos; Fundação de Amparo a Pesquisa Do Estado de São Paulo
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2015-09-01
Also published as: BRPI1107247B1

Abstract

Processamento termomecânico para obtenção de aços ferríticos com grãos ultrafinos. Para gerar aços baixo carbono com grãos ultrafinos, o produto alvo do refino necessita passar por duas fases, nesta ordem: condicionamento microestrutural e processamento termomecânico. A etapa de condicionamento microestrutural reside em temperar a peça em forno preferencialmente a 900 °c por 30 minutos de encharque e resfriamento brusco em água, visando obter uma estrutura martensitica fina. A etapa de processamento termomecânico baseia-se em aquecer a peça a uma temperatura entre 700 e 760 °c por 12 minutos e realizar 3 passes de laminação com redução de2o% e taxa de deformação de o,1 s-1 em cada passe, com retorno ao forno entre os passes sob a mesmo intervalo de temperatura (700-760 °c) e com tempo de permanência no forno de 6 minutos. Para finalizar o processo de refino de grão, faz-se um recozimento da peça preferencialmente a 800 °c por 1 hora e resfriamento em água.Thermomechanical processing to obtain ultrafine grain ferritic steels. To generate ultra-fine grain low carbon steels, the refining target product needs to go through two phases, in this order: microstructural conditioning and thermomechanical processing. The microstructural conditioning step consists in tempering the piece in an oven preferably at 900 ° C for 30 minutes of soaking and quenching in water to obtain a fine martensitic structure. The thermomechanical processing step is based on heating the part to a temperature between 700 and 760 ° C for 12 minutes and performing 3 lamination passes with a reduction of 20% and a deformation rate of 0.1 s-1 in each pass. return to the oven between passes under the same temperature range (700-760 ° c) and with an oven dwell time of 6 minutes. To finalize the grain refining process, the part is preferably annealed at 800 ° C for 1 hour and cooled in water.

Description

“PROCESSAMENTO TERMOMECÂNICO PARA OBTENÇÃO DE ACOS FERRÍTICOS COM GRÃOS ULTRAFINOS” Trata o presente relatório descritivo da patente de invenção de uma inédita tecnologia de processamento termomecânico para obtenção de aços ferríticos com grãos ultrafinos, de concepção inovadora e dotado de importantes melhoramentos tecnológicos e funcionais, segundo os mais modernos conceitos de engenharia e de acordo com as normas e especificações exigidas, revestindo-se de características próprias e dotadas com requisitos fundamentais de novidade e atividade inventiva, fazendo resultar uma série de reais e extraordinárias vantagens técnicas, práticas e econômicas.“THERMOMECHANICAL PROCESSING FOR ULTRAFINE GRAIN FERRITICAL ACES” This patent-pending descriptive report is on a novel thermomechanical processing technology for ultra-fine-grained ferritic steels, with significant technological and functional improvements, according to the most modern engineering concepts and in accordance with the required norms and specifications, having their own characteristics and endowed with fundamental requirements of novelty and inventive activity, resulting in a series of real and extraordinary technical, practical and economic advantages.

ESTADO. DA TÉCNICA O documento de patente PI 0408922-7 depositado em 05/03/2004 intitulado processo para o tratamento termomecânico do aço senão que o material de base é aquecido a uma temperatura acima da temperatura de recristalização, a estrutura é austenitizada, mantida com compensação de temperatura, depois é conformado e, finalmente, é resfriado bruscamente e temperado para formar martensita, sendo que, o material de base é formado por barras de aço redondas, cuja temperatura de recristalização é compensada através do comprimento da barra em um forno de compensação, que depois são conformadas através de laminação inclinada, permanecendo, em essência, retas, sendo que, após a ultrapassagem do grau de moldagem crítico, são executados processos de recristalização dinâmicos. Em seguida, as barras de aço redondas, para a recristalização estática completa, são submetidas a um reaquecimento acima da temperatura de Ac3, e concluindo, são resfriadas bruscamente e temperadas para formar martensita. O documento de patente PI 9104664-5 depositado em 28/10/1991 intitulado processo para a produção de aço elétrico de grão orientado regular, de baixo carbono no banho e alto silício tendo uma medida padrão final de 0,35 mm a cerca de 0,15 mm, incluindo as etapas de estabelecimento de uma tira a quente de aço ao silício, e remoção da carepa da tira a quente, se necessário. O aço ao silício é laminado a frio a uma medida padrão intermediária, a uma temperatura de encharque de cerca de 900°C a cerca de 930°C. i Depois disso o aço ao silício é resfriado em um primeiro estágio de laminação a frio, a uma taxa de cerca de 280°C a cerca de 585°C por minuto, diminuindo para cerca de 595°C +/- 30°C. O aço ao silício é então submetido a um segundo estágio de resfriamento rápido, resfriando para cerca de 315°C a cerca de. 540°C, a uma taxa de resfriamento de cerca de 1390°C a cerca de 1945°C por minuto, seguido por uma têmpera em água. O aço ao silício é laminado a frio para a medida—padrão final, descarboneíado, revestido com um separador de recozimento e recozido finai. Preferivelmente, mas opcionalmente, a tira a quente é recozida antes da primeira laminação a frio. Preferivelmente, mas opcionalmente, o aço ao silício na medida padrão final, antes da descarbonetação, é submetido a um tratamento de recozimento ultra-rápido, a uma taxa maior do que 100°C por segundo, a uma temperatura maior do que 675°C. O documento de patente PI8507245-1 depositado em 05/08/1985 intitulado liga de aço com altíssimo teor de carbono e respectivo processamento ensina uma composição de carbono em um teor entre 0,6 por cento em peso, aproximadamente, e o limite máximo da solubilidade do carbono em austenita; de silício em um teor desde cerca de até cerca de 7 por cento, em peso; de uma quantidade eficaz de um elemento de estabilização que atua no sentido de estabilizar os carbonetos de ferro contra a grafitização na presença de silício; e do restante em ferro. Prefere-se que o silício esteja presente em um teor de cerca de 3 por cento em peso, e que o elemento de estabilização seja o crômio. O aço com altíssimo teor de carbono pode ser processado para uma forma que seja adequada a modelagem superplástica subsequente, mediante qualquer técnica que reduza a dimensão dos respectivos grãos para cerca de 10 microns ou menos, e, de preferência, para cerca de 0,4 até cerca de 2 microns. O silício e o elemento de estabilização servem para produzir uma série de partículas de carboneto de ferro estáveis, destinadas a manterem o tamanho fino dos grãos durante o processamento superplástico, e a aumentarem a temperatura eutetóide, de modo que se possa realizar o processamento .superplástico com elevados índices de tração e níveis de tensão reduzidos, sob temperatura elevada. O documento de patente PI 9608672-6 depositado em 01/06/1996 intitulado aço ferrítico e processo para sua fabricação e utilização ensina um aço de múltiplas fases, possuindo uma estrutura predominantemente de ferrita poligonal, que inclui uma segunda fase dura livre de perlita, enriquecida de carbono, contendo martensita e/ou bainita e/ou austenita residual. Este aço possui alta rigidez, boa processabilidade e qualidade de superfície melhorada, após a moldagem a quente. A invenção também refere-se a um processo de fabricação deste aço e sua utilização. O documento de patente PI 0605810-8 depositado em 22/12/2006 intitulado composição de aço de baixo carbono para fins de condução elétrica e aço de baixo carbono resultante que pode ser conformado por laminação de planos ou não-planos ensina que, mais precisamente, a presente composição de aço de baixo carbono é aplicada na fabricação de aço do tipo utilizado em barramentos de cubas de redução eletrolítica para produção de alumínio primário e outras aplicações equivalentes, onde as medidas de condutividade elétrica do aço são consideradas como parâmetros importantes em função dos altos gastos com energia elétrica; o aço em sua nova composição não só melhora a condutividade elétrica como pode vir a ser produzido por laminação de planos ou de não-planos, garantindo versatilidade em relação à quantidade solicitada pelo cliente.STATE. OF THE TECHNIQUE Patent document PI 0408922-7 filed 05/03/2004 entitled Process for the thermomechanical treatment of steel except that the base material is heated to a temperature above the recrystallization temperature, the structure is austenitized, maintained with compensation. temperature is then formed and finally quenched and tempered to form martensite, whereby the base material is formed by round steel bars whose recrystallization temperature is compensated across the length of the bar in a balancing furnace , which are then formed by inclined lamination, remaining essentially straight, and after the critical molding has been exceeded, dynamic recrystallization processes are performed. Then the round steel bars, for complete static recrystallization, are reheated above the temperature of Ac3, and in short, are quenched and quenched to form martensite. Patent document PI 9104664-5 filed on 10/28/1991 entitled Process for the production of low-carbon, high-silicon oriented regular grain electric steel having a final standard measurement of 0.35 mm to about 0 ° C. .15 mm, including the steps of establishing a hot strip of silicon steel, and removing the scale from the hot strip if necessary. Silicon steel is cold rolled to an intermediate standard measure at a soaking temperature of about 900 ° C to about 930 ° C. Thereafter the silicon steel is cooled in a first cold rolling stage at a rate of about 280 ° C to about 585 ° C per minute, decreasing to about 595 ° C +/- 30 ° C. The silicon steel is then subjected to a second stage of rapid cooling, cooling to about 315 ° C to about. 540 ° C, at a cooling rate of about 1390 ° C to about 1945 ° C per minute, followed by a quench in water. Silicon steel is cold rolled to the final standard — decarbonised, coated with an annealing separator and finely annealed. Preferably, but optionally, the hot strip is annealed before the first cold rolling. Preferably, but optionally, silicon steel in the final standard measure prior to decarburization is subjected to an ultrafast annealing treatment at a rate greater than 100 ° C per second at a temperature greater than 675 ° C. . Patent document PI8507245-1 filed 08/05/1985 entitled Very high carbon steel alloy and its processing teaches a carbon composition at a content of approximately 0.6 weight percent and the upper limit of carbon solubility in austenite; silicon in a content of from about to about 7 weight percent; an effective amount of a stabilizing element which acts to stabilize iron carbides against graffiti in the presence of silicon; and the rest in iron. It is preferred that silicon be present at a content of about 3 weight percent, and that the stabilizing element is chromium. High carbon steel may be processed to a form suitable for subsequent superplastic shaping by any technique which reduces the size of the grain to about 10 microns or less, and preferably to about 0.4 microns. up to about 2 microns. The silicon and stabilizing element serve to produce a series of stable iron carbide particles designed to maintain the fine grain size during superplastic processing and to raise the eutectoid temperature so that superplastic processing can be performed. with high tensile ratings and reduced stress levels under elevated temperature. Patent Application PI 9608672-6 filed 6/1/1996 entitled Ferritic Steel and Process for its Fabrication and Use teaches a multi-phase steel having a predominantly polygonal ferrite structure which includes a second perlite free hard phase, enriched carbon containing martensite and / or bainite and / or residual austenite. This steel has high rigidity, good processability and improved surface quality after hot casting. The invention also relates to a manufacturing process of this steel and its use. Patent document PI 0605810-8 filed 12/22/2006 entitled Composition of low carbon steel for electrical conduction purposes and resulting low carbon steel that can be formed by flat or non-flat rolling teaches that, more precisely , the present low carbon steel composition is applied in the fabrication of steel of the type used in electrolytic reduction vessel rails for primary aluminum production and other equivalent applications, where steel electrical conductivity measurements are considered as important parameters as a function of high spending on electricity; Steel in its new composition not only improves electrical conductivity but can also be produced by flat or non-flat rolling, ensuring versatility over the amount requested by the customer.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DO OBJETO DA PRESENTESUMMARY DESCRIPTION OF PURPOSE OF THIS

PATENTEPATENT

Para gerar aços baixo carbono com grãos ultrafinos, o produto alvo do refino necessita-passar por duas fases, nesta ordem: condicionamento microestrutural e processamento termomecânico. A etapa de condicionamento microestrutural reside em temperar a peça enrf forno preferencialmente a 900 °C por 30 minutos de encharque e resfriamento brusco em água, visando obter uma estrutura martensítica fina. A etapa de processamento termomecânico baseia-se em aquecer a peça a uma temperatura entre 700 e 760 °C por 12 minutos e realizar 3 passes de laminação com redução de 20% e taxa de deformação de 0,1 s-1 em cada passe, com retorno ao forno entre os passes sob a mesmo intervalo de temperatura (700-760 °C) e com tempo de permanência no forno de 6 minutos. Para finalizar o processo de refino de grão, faz-se um recozimento da peça preferencialmente a 800 °C por 1 hora e resfriamento em água. É, pois, um dos objetivos da presente patente aumentar a resistência mecânica de materiais tidos como não-nobres sem a necessidade de adição de elementos de liga.To generate ultra-fine grain low carbon steels, the refining target product needs to go through two phases, in this order: microstructural conditioning and thermomechanical processing. The microstructural conditioning step is to temper the oven part preferably at 900Â ° C for 30 minutes of soaking and quenching in water to obtain a fine martensitic structure. The thermomechanical processing step is based on heating the part to a temperature between 700 and 760 ° C for 12 minutes and performing 3 lamination passes with 20% reduction and 0.1 s-1 deformation rate in each pass, return to the oven between passes under the same temperature range (700-760 ° C) and with the oven dwell time of 6 minutes. To finalize the grain refining process, the part is preferably annealed at 800 ° C for 1 hour and cooled in water. It is therefore one of the objects of the present invention to increase the mechanical strength of materials regarded as non-noble without the need for addition of alloying elements.

Outro objetivo da presente patente é alcançado na medida em que a tecnologia ora proposta é aplicada em materiais mais espessos que os encontrados atualmente no mercado.Another objective of the present patent is achieved in that the proposed technology is applied to thicker materials than those currently found in the market.

Avaliar a usinabilidade destes materiais, já que possuem maior volume e permitirão uma vasta gama de aplicações em produtos usinados é outro objetivo da presente patente.Evaluating the machinability of these materials, as they have higher volume and will allow a wide range of applications in machined products is another objective of the present patent.

Para complementar a presente descrição, de modo a obter uma melhor compreensão das características da presente patente, e de acordo com uma preferencial realização prática da mesma, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde de maneira exemplificada embora não limitativa, se representa o seguinte: A figura 1 ilustra de,forma-gráfica a rota dé tratamento térmico para o condicionamento microestrutural e para o processamento termomecânico de laminação para a obtenção do aço com grãos ultrafinos; A figura 2 mostra a peça no estado bruto, considerada na condição “como recebido” (CR); A figura 3 mostra o produto com grãos ultrafinos obtido do processo de laminação a morno (MG), com microestrutura refinada; A figura 4 mostra imagem da microestrutura no estado bruto (CR); A figura 5 mostra imagem da microestrutura refinada (MG). O processo de refino de grão em chapas de aço baixo carbono ocorre integralmente por sequências controladas, em tempo e temperatura, de ciclos de laminação e tratamento térmico. Num primeiro estágio, o material da peça é submetido a um processo de condicionamento microestrutural visando viabilizar a mícroestrutura do material para o posterior refino de grão, fase conhecida como processamento termomecânico. A seguir descreve-se detalhadamente as etapas do refino de grão: a) Têmpera preferencialmente a 900 °C por 30 minutos de encharque com resfriamento em água com agitação. b) Aquecimento das amostras entre 700 e 760 °C por 12 minutos. c) Primeiro passe de Jaminação preferencialmente com redução de 20% na espessura, sendo 25 mm de espessura inicial, 5 mm de redução da espessura e de 20 mm de espessura final. d) Reaquecimento das amostras entre 700 e 760 °C por 6 minutos. e) Passe de laminação preferencialmente com redução de 20% na espessura, sendo 20 mm de espessura inicial, 4 mm de redução da espessura e de 16 mm de espessura final. f) Reaquecimento das amostras entre 700 e 760 °C por 6 minutos. g) Passe de laminação preferencialmente com redução de 20% na espessura, sendo 16 mm de espessura inicial, 3,2 mm de redução da espessura e de 12,8 mm de espessura final. h) Recozimento das amostras preferencialmente a 800 °C por 1 hora com posterior resfriamento em água. A tabela a seguir confirma a caracterização microestrutural e mecânica das amostras, apresentando o tamanho de grão médio e a resistência à tração de cada condição do material. Não se tem conhècimento de nenhum processamento termomecânico para obtenção de aços ferríticos com grãos ultrafinos que reúna conjuntamente, todas as características construtivas e funcionais acima relatadas, e que diretamente ou indireta mente, é ou foi tão efetivo quanto o processo objeto da presente patente.In addition to the present description, in order to gain a better understanding of the features of the present invention, and according to a preferred practical embodiment thereof, accompanying the accompanying description is a set of drawings, where by way of example but not limitation, Figure 1 illustrates the thermal treatment route for microstructural conditioning and thermomechanical rolling processing to obtain ultrafine grain steel; Figure 2 shows the part in the raw state, considered in the condition “as received” (CR); Figure 3 shows the ultrafine grain product obtained from the warm rolling (MG) process with refined microstructure; Figure 4 shows image of the raw microstructure (CR); Figure 5 shows image of refined microstructure (MG). The process of grain refining in low carbon steel sheets occurs entirely by time and temperature controlled sequences of rolling and heat treatment cycles. In a first stage, the material of the piece is submitted to a microstructural conditioning process aiming to make possible the microstructure of the material for the subsequent grain refining, phase known as thermomechanical processing. The following steps describe grain refining in detail: a) Quench preferably at 900 ° C for 30 minutes of soaking with cooling water with stirring. (b) Heating of samples at 700 to 760 ° C for 12 minutes. c) First Jamination Pass preferably with a 20% thickness reduction, 25 mm initial thickness, 5 mm thickness reduction and 20 mm final thickness. d) Reheat samples to 700 to 760 ° C for 6 minutes. e) Lamination pass preferably with 20% reduction in thickness, being 20 mm initial thickness, 4 mm thickness reduction and 16 mm final thickness. (f) Reheat samples to 700 to 760 ° C for 6 minutes. g) Lamination pass preferably with 20% thickness reduction, being 16 mm initial thickness, 3.2 mm thickness reduction and 12.8 mm final thickness. h) Annealing samples preferably at 800 ° C for 1 hour with subsequent cooling in water. The following table confirms the microstructural and mechanical characterization of the samples, showing the average grain size and tensile strength of each material condition. There is no known thermomechanical processing to obtain ultrafine grain ferritic steels that together gather all the constructive and functional characteristics reported above, and which directly or indirectly, is or was as effective as the process object of the present patent.

Tendo sido descrita e ilustrada a presente invenção, é para ser compreendido que a mesma—pode sofrer inúmeras-modificações e variações em sua forma de realização, desde que tais modificações e variações não se afastem a partir do espírito e escopo da invenção? tal como definido no quadro reivindicatório.Having described and illustrated the present invention, it is to be understood that it may undergo numerous modifications and variations in its embodiment, provided that such modifications and variations do not depart from the spirit and scope of the invention. as defined in the claim framework.

Claims

1 - “THERMOMECHANICAL PROCESSING FOR ULTRAFINE GRAIN FERRITIC STEEL”, characterized in that, in the first stage, the material of the part is submitted to a microstructure conditioning process! aiming to make the microstructure of the material possible for the subsequent grain refining, comprising the following steps: a) Quench preferably at 900 ° C for 30 minutes of soaking with cooling in water with stirring; (b) heating the samples at 700 to 760 ° C for 12 minutes; c) First lamination pass preferably with a 20% thickness reduction, * 25 mnV initial thickness, 5 mm thickness reduction and 20 mm final thickness; d) Reheat samples between 700 and 760 ° C for 6 minutes; e) Lamination pass preferably with 20% thickness reduction, being 20 mm initial thickness, 4 mm thickness reduction and 16 mm final thickness; (f) reheating samples to 700 to 760 ° C for 6 minutes; g) Lamination pass preferably with 20% thickness reduction, being 16 mm initial thickness, 3.2 mm thickness reduction and 12.8 mm final thickness; h) Annealing samples preferably at 800 ° C for 1 hour with subsequent cooling in water.

ULTRAFINE GRAIN FERRITIC STEELS obtained by processing as defined in claim 1, characterized in that they are ultra-fine grain low carbon steels, having high mechanical strength without the need for addition of alloying elements and thicker than currently available materials.