ES2215008T3

ES2215008T3 - Procedimiento de fabricacion de bandas de aleacion hierro-carbono-magnesio, y bandas de dichos productos.

Info

Publication number: ES2215008T3
Application number: ES00401860T
Authority: ES
Inventors: Nicolas Guelton; Michel Faral; Odile Faral
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2004-10-01
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: FR2796083B1; DE60008641T2; JP2011068997A; FR2796083A1; CA2314624C; JP2001049348A; CA2314624A1; BR0002544A; US6358338B1; EP1067203B1; JP4713709B2; EP1067203A1; DE60008641D1; ATE260992T1

Abstract

Procedimiento de producción de bandas de aleación hierro-carbono-manganeso, según el cual: - se cuela en una máquina de colada una banda delgada de 1, 5 a 10 mm de espesor directamente a partir de un metal líquido de composición en porcentajes ponderados: C comprendido entre 0, 001 y 1, 6%; Mn comprendido entre 6 y 30%, Ni< 10% y con (Mn + Ni) comprendidos entre 16 y 30%; Si<2, 5%; Al<6%; Cr<10%; (P + Sn + Sb + As)<0, 2%; (S + Se + Te) < 0, 5%; (V + Ti + Nb + B + Zr + tierras raras)<3%; (Mo + W) <0, 5%; N <0, 3%; Cu<5%, siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración; - se lamina en frío dicha banda con un porcentaje de reducción comprendido entre el 10 y el 90% en una o varias etapas; - y se efectúa un recocido de recristalización de dicha banda.

Description

Procedimiento de fabricación de bandas de aleación hierro-carbono-magnésio, y bandas de dichos productos.

La invención se refiere a la fabricación de bandas de aleaciones ferrosas. Más concretamente, se refiere a la fabricación de bandas de aleación hierro-carbono-manganeso por colada directa en forma de bandas delgadas.

Se conocen desde hace tiempo los aceros Hadfield Fe-Mn (11 a 14%)-C (1,1 a 1,4%) que pueden ser calificados de "aceros con alto contenido de manganeso". Presentan la particularidad de tener una resistencia muy elevada y una capacidad de endurecimiento por el efecto de choques o de roces repetidos. Se conocen igualmente los aceros austeníticos del tipo Fe-Mn (15 a 35%)-Al (0 a 10%)-Cr (0 a 20%)-C (0 a 1,5%) de los que se derivan simultáneamente los aceros Hadfield y los aceros inoxidables austeníticos Fe-Cr-Ni en los que se ha sustituido progresivamente el níquel por el manganeso y el cromo por el aluminio. Estos aceros con alto contenido de manganeso se caracterizan por una gran capacidad de conformación en frío que les permite asociar un alto nivel de resistencia con una excelente ductilidad. Por lo tanto se pueden utilizar ventajosamente para la fabricación de elementos de refuerzo fabricados por embutición para la industria del automóvil. Estos aceros deben su gran capacidad de laminación en frío al maclaje mecánico, ayudado eventualmente por la transformación martensítica \gamma->\varepsilon. Al propagarse las maclas, facilitan la deformación plástica, pero como se obstaculizan mutuamente, contribuyen igualmente al aumento de la tensión de vertido.

Diversas patentes tratan de la composición y de la fabricación de dichos aceros con un contenido muy elevado de manganeso, por ejemplo WO 93/13233, WO 95/26423, WO 97/24467. Estos aceros han sido siempre, hasta ahora, fabricados por el método clásico de colada continua con desbastes de unos 200 mm de espesor - laminado en caliente - laminado en frío - recocido - decapado - skin-pass (relaminación). Este método presenta esencialmente tres inconvenientes. En primer lugar su coste, unido a la utilización de un tren de bandas que es una instalación que necesita una inversión muy elevada y que consume mucha energía, ya que es necesario volver a calentar mucho los desbastes antes de laminarlos. Existe igualmente el riesgo de fisuración en caliente de la banda con ocasión de este recalentado, durante el cual se forma igualmente una espesa capa de calamina que es desfavorable tanto para la calidad de superficie del producto como para el rendimiento metalúrgico del proceso de fabricación. Finalmente, en su conjunto, se trata de un método de fabricación largo, que no permite siempre responder rápidamente a una demanda urgente de un cliente.

El objeto de la invención es proponer un método de fabricación de bandas de aleaciones ferrosas con alto contenido de manganeso, más rápido y menos costoso que el método clásicamente conocido y que permita obtener unos productos de una calidad al menos igual de buena que con este método anterior.

A este efecto, la invención tiene por objeto un procedimiento de producción de bandas de aleación hierro-carbono-manganeso, según el cual:

-: en una máquina de colada, se cuela una banda delgada de 1,5 a 10 mm de espesor, directamente a partir de un metal líquido con una composición en porcentajes ponderados: C comprendido entre 0,001 y 1,6%; Mn comprendido entre 6 y 30%, Ni \leq 10% y con (Mn + Ni) comprendidos entre el 16 y 30%; Si \leq 2,5%; Al \leq 6%; Cr \leq 10%; (P+Sn+Sb+As)\leq 0,2%;(S+Se+Te)\leq 0,5%; (V + Ti + Nb + B + Zr + tierras raras)\leq 3%; (Mo + W)\leq 0,5%; N\leq 0,3%; Cu \leq 5%; siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración;

-: se lamina en frío dicha banda, con un porcentaje de reducción comprendido entre el 10 y 90%, en una o varias etapas;

-: y se efectúa un recocido de recristalización de dicha banda.

La invención se refiere igualmente a una banda susceptible de ser producida por este procedimiento.

Como se habrá comprendido, la invención se basa en primer lugar en el uso de un procedimiento de colada del metal líquido directamente en forma de una banda de poco espesor. Esta puede someterse eventualmente a un laminado en caliente en línea por medio de una instalación de tamaño reducido, cuyo coste de fabricación y de utilización es muy inferior al de un tren de bandas. Además, la supresión del laminado en caliente en un tren de bandas elimina los riesgos de fisuración en caliente con ocasión del recalentamiento antes mencionado. Siguen a continuación las operaciones de laminado en frío, recocido y eventualmente relaminación, cuya ejecución según las modalidades que serán concretadas permite obtener las propiedades del producto deseadas.

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue.

El procedimiento de colada directa de bandas delgadas de acero de 1,5 a 10 mm de espesor es actualmente bien conocido, en particular bajo su forma llamada "colada entre cilindros". El acero líquido se solidifica contra las paredes laterales de dos cilindros horizontales cercanos entre sí, enfriados interiormente y puestos en rotación en sentidos inversos, y vuelve a salir debajo de los cilindros en forma de una banda solidificada. Ésta puede ser directamente enrollada, y a continuación, ser enviada a las instalaciones de tratamiento en frío, o ser sometida a un laminado en caliente en línea antes del enrollado. Según la invención, el uso de dicho procedimiento permite acortar el método de fabricación de las bandas de acero con un alto contenido de manganeso gracias a la supresión del paso al tren de bandas, mientras que este paso es necesario en el método clásico que empieza por la colada de desbastes. Esta supresión es muy ventajosa ya que los aceros austeníticos con alto contenido de manganeso se caracterizan por la ausencia de transformación de fase durante su enfriamiento. En efecto, una de las funciones clásicas del laminado en caliente de los aceros ferríticos, al carbono o inoxidables, es afinar la microestructura justo antes de que se produzca la transformación de fase. Pero los aceros con alto contenido de manganeso que ofrecen la mejor relación resistencia-ductilidad a la temperatura de conformado son completamente austeníticos, por lo menos antes de la deformación, desde su solidificación hasta el final de su enfriamiento. Por lo tanto el laminado en caliente de los aceros austeníticos con alto contenido de manganeso no tiene mucho interés metalúrgico. Su función se limita a una simple reducción del espesor del producto para obtener una banda susceptible de ser laminada en frío. En su caso, por lo tanto no existen inconvenientes para obtener, por colada de bandas delgadas, una banda de espesor relativamente similar a su espesor final, sin perjuicio de que dicha banda esté exenta de porosidades centrales después de su colada. Un ligero laminado en caliente en línea, tal como se ha descrito, es suficiente para volver a cerrar estas eventuales
porosidades.

La invención se aplica a la fabricación de aceros con alto contenido de manganeso que tienen la composición siguiente, siendo los porcentajes, porcentajes ponderados:

-: su contenido de carbono está comprendido entre 0,001 y 1,6%, preferentemente comprendido entre 0,2 y 0,8%; un contenido inferior al 0,2% obliga a proceder a una descarburación del baño de acero líquido cuya realización puede ser costosa, en particular cuando el manganeso esté ya presente en cantidad importante; además, este contenido mínimo del 0,2% permite obtener una interacción entre el carbono y las dislocaciones: el carbono, al bloquear las dislocaciones, permite un endurecimiento suplementario con respecto al maclaje, y permite mejorar la resistencia a la tracción de 50 a 100 Mpa; un contenido superior al 0,8% vuelve más delicada la optimización de los contenidos de otros elementos de aleación con vistas a la obtención de las propiedades mecánicas más favorables;

-: su contenido de manganeso está comprendida entre el 6 y 30% sabiendo que el total de sus contenidos de manganeso y níquel está comprendido entre el 16 y el 30% y que su contenido de níquel puede alcanzar hasta el 10%;

-: su contenido de silicio puede alcanzar hasta el 2,5%, sabiendo que este elemento sólo es opcional;

-: su contenido de aluminio es inferior a 6% sabiendo que este elemento sólo es opcional;

-: si el cromo está presente, el contenido de cromo es como máximo del 10%;

-: su contenido de fósforo puede alcanzar hasta el 0,2%, sabiendo que el estaño, el antimonio y el arsénico eventualmente presentes son, desde este punto de vista, asimilables al fósforo y contibilizados con él en la composición del acero; más allá, se corre el riesgo de obtener defectos en las zonas segregadas de la banda; estos defectos serían provocados por retrasos de la solidificación allí donde se encuentren segregaciones; si se lamina en caliente cuando esté todavía presente metal en estado líquido en zonas de los productos, existe, por ello, un riesgo de descohesión de la microestructura;

-: el total de sus contenidos en azufre, selenio y telurio puede alcanzar hasta el 0,5%;

-: el total de sus contenidos de vanadio, titanio, niobio, boro, tántalo y circonio y tierras raras, que precipitan los nitruros y carbonitruros, pueden alcanzar hasta el 3%;

-: el total de sus contenidos de molibdeno y tungsteno puede alcanzar hasta el 0,5%;

-: su contenido de nitrógeno puede alcanzar hasta el 0,3%;

Según la invención, un acero con muy alto contenido de manganeso que presente una composición tal como se ha definido anteriormente (un ejemplo típico de dicha composición es Fe - C: 0,55% - Mn: 21,5%) es colado en forma de bandas delgadas de 1,5 a 10 mm de espesor, directamente a partir de metal líquido. A este efecto, la colada entre cilindros de bandas de espesor del orden de 3 a 4 mm está particularmente adaptada para la puesta en práctica del procedimiento según la invención.

A su salida de los cilindros, la banda cruza, de preferencia, una zona tal como un recinto que se ha inertizado mediante una insuflación de gas, donde ella es sometida a un entorno no oxidante (atmósfera neutra de nitrógeno o de argón, incluso una atmósfera que comporte una cierta proporción de hidrógeno para volverla reductora), con el fin de evitar o de limitar la formación de calamina en su superficie. Se ha visto que los aceros de tipo colado eran particularmente sensibles a la formación de calamina, y resulta menos difícil limitar esta formación en bandas delgadas coladas directamente a partir de metal líquido que en desbastes espesos que tengan que ser colados en una instalación de colada continua clásica, y a continuación recalentados antes de su laminado en caliente. Al salir de esta zona de inertización se puede igualmente situar un dispositivo de descalaminación de la banda por proyección de granalla o de CO_{2} sólido en su superficie o por cepillado, con el fin de eliminar la calamina que hubiera podido formarse a pesar de las precauciones tomadas. Se puede igualmente elegir dejar que se forme la calamina de modo natural sin tratar de inertizar la atmósfera que rodea la banda, y a continuación eliminar esta calamina con un dispositivo tal como el que se acaba de describir.

Siempre que sea posible, inmediatamente después de la salida de la banda de la instalación de inertización o de descalaminado, tiene lugar, de preferencia, un laminado en caliente en línea de esta misma banda. No es, sin embargo obligatorio en el caso en que la banda de por sí ya sea satisfactoria en términos de porosidad y de estado de superficie. Es en gran parte este laminado el que justifica las medidas tomadas preferentemente para evitar o limitar la formación de calamina, y/o para eliminar la calamina que hubiera podido formarse. En efecto, efectuar este laminado en caliente en una banda calaminada podría dar por resultado incrustaciones de calamina en la superficie de la banda, que deteriorarían su calidad de superficie. El papel esencial de este laminado en caliente es volver a cerrar las porosidades susceptibles de haberse formado en el núcleo de la banda con ocasión de su solidificación, y mejorar el estado de su superficie aplastando los picos de rugosidad eventualmente presentes en la superficie de la banda, en particular cuando se hayan utilizado cilindros de colada de elevada rugosidad. El porcentaje de reducción mínima a aplicar a la banda con ocasión de este laminado en caliente es del 10% si se quieren volver a cerrar correctamente las porosidades, normalmente del 20%. Un porcentaje de hasta el 60% (obtenido en una o varias etapas) es no obstante posible, en particular si se trata de una banda que presente una gran rugosidad de superficie, o si se desea obtener un producto final que presente un espesor muy reducido. La temperatura en la cual se efectúa este laminado en caliente carece de importancia desde el punto de vista metalúrgico, ya que, como se ha dicho, el acero tiene una estructura austénitica a cualquier temperatura y no sufre por lo tanto una transformación de fase que pudiera influir en el resultado cualitativo del laminado en caliente.

Después de este laminado en caliente eventual pero preferido, se puede eventualmente enrollar la banda, aquí de nuevo a una temperatura que carece de importancia excepto la práctica, ya que ninguna transformación metalúrgica notable salvo el crecimiento de los granos es susceptible de producirse durante el período durante el cual se enfría la banda enrollada a velocidad reducida. El crecimiento de los granos sólo tendrá, de todos modos, una amplitud limitada, cuyos efectos serán fáciles de anular por las operaciones de laminado en frío y de recocido que seguirán. Eventualmente, la permanencia de la banda en forma de bobina puede ser la ocasión de rematar la precipitación de los carburos, nitruros y carbonitruros.

La banda colada y a continuación eventualmente laminada en caliente es sometida a continuación (directamente o tras una operación de enrollado-desenrollado) a un laminado en frío, preferentemente precedido de un decapado ácido (por ejemplo con ácido clorhídrico) que permita asegurar la obtención de un buen estado de superficie de la banda. El porcentaje de reducción aplicado con ocasión de este laminado en frío es del 10 al 90%, normalmente del orden del 75%. Se obtiene en una o varias etapas. Si se parte de una banda colada de 3 a 4 mm de espesor, que se ha reducido a 2,5 a 3 mm de espesor después del laminado en caliente, normalmente se tiene una banda laminada en frío cuyo espesor es del orden de 0,6-0,8 mm.

Se somete a continuación la banda a un recocido de recristalización que debe conferirle unas características elevadas de resistencia a la tracción y de ductilidad. Se puede realizar este recocido de diferentes maneras, a saber por ejemplo:

-: un recocido llamado "recocido compacto" en el que se calienta la banda a una temperatura de hasta 900 a 1000ºC, incluso 1100ºC, a una velocidad de unos 500ºC/s, a continuación se enfría inmediatamente a una velocidad comprendida entre 100 y 6000ºC/s, lo cual está en función del espesor de la banda y de las características del fluido de enfriamiento; normalmente, una banda de 0,8 mm de espesor calentada a 1000ºC se enfría a 200ºC/s si se templa en helio y a 5000ºC/s si se templa en agua;

-: un recocido continuo en él que la banda es llevada entre 800- 850ºC, y se mantiene a esta temperatura durante 60 a 120 s aproximadamente;

-: un recocido base en el que la banda se mantiene a 700- 750ºC durante 10 a 90 mn aproximadamente.

En todos los casos, se obtiene, en el ejemplo considerado, un tamaño de granos recristalizados inferior a 10 \mum. De manera general, se puede decir que los aceros con un alto contenido de manganeso de los que se trata en la invención toleran una gran variación de las condiciones de recocido, debido a su alto contenido de elementos de aleación que frenan el crecimiento de los granos.

Se han reagrupado en la tabla 1 las características de tracción obtenidas en un acero de composición C=0,57%, Mn=21,47%, Si=0,038%, Ni=0,03%, Cr=0,005%, Cu=0,003%, P=0,009%, N=0,034%, S=0,005%, Al=0,003%,
Mo=0,003%, que haya sido sometido a un tratamiento según la invención tal como se expone anteriormente, que comprenda la colada entre cilindros de una banda de 4 mm de espesor, un laminado en caliente de esta banda hasta 2,6 mm de espesor, un laminado en frío hasta 1 mm de espesor, y finalmente un recocido continuo de 90 s a 800ºC. A título de comparación, figuran igualmente en la tabla 1 las características de tracción de un acero de referencia obtenido por un procedimiento clásico de fabricación de bandas de acero con un alto contenido de manganeso de composición C=0,53%, Mn=26,4%, Si=0,045%, P= 0,013%, Al=1,6%, N=0,074%, comparable a las descritas en la patente WO 93/13233. Se han medido las características de tracción paralelamente a la dirección de laminado.

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TABLA 1 Características de tracción comparadas de un acero según la invención y de un acero de referencia

	Invención	Referencia
Módulo de Young (GPa)	197	187
Límite de elasticidad Rp_{0,2%} (MPa)	571	441
Resistencia máxima (MPa)	1152	881
Alargamiento repartido (%)	53,1	52,8
Alargamiento a la rotura (%)	62,5	57,6
Coeficiente de laminación en frío	0,45	0,51
Coeficiente de anisotropía	1	0,96

Esta tabla muestra en particular que la resistencia mecánica mejora asimismo más de un 30% en el acero de la invención en relación con el acero de referencia. La dispersión de los resultados es inferior al 4%. Esta mejora de la resistencia mecánica no se acompaña de una disminución de la ductilidad, al contrario, ya que el alargamiento a la ruptura aumenta también considerablemente.

El proceso de elaboración de la banda puede pararse después del recocido (tras un eventual decapado de la banda recocida), o completarse de manera clásica con una pasada de relaminación efectuado según las modalidades habituales.

Claims

1. Procedimiento de producción de bandas de aleación hierro-carbono-manganeso, según el cual:

-: se cuela en una máquina de colada una banda delgada de 1,5 a 10 mm de espesor directamente a partir de un metal líquido de composición en porcentajes ponderados: C comprendido entre 0,001 y 1,6%; Mn comprendido entre 6 y 30%, Ni\leq10% y con (Mn + Ni) comprendidos entre 16 y 30%; Si\leq2,5%; Al\leq6%; Cr\leq10%; (P + Sn + Sb + As)\leq0,2%; (S + Se + Te) \leq 0,5%; (V + Ti + Nb + B + Zr + tierras raras)\leq3%; (Mo + W) \leq0,5%; N \leq0,3%; Cu\leq5%, siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración;

-: se lamina en frío dicha banda con un porcentaje de reducción comprendido entre el 10 y el 90% en una o varias etapas;

-: y se efectúa un recocido de recristalización de dicha banda.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de carbono de dicho metal líquido está comprendido entre el 0,2 y el 0,8%.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha banda se obtiene por colada entre dos cilindros horizontales cercanos entre sí, enfriados interiormente y puestos en rotación en sentidos inversos.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre la colada de la banda y el laminado en frío, se lamina en caliente dicha banda con un porcentaje de reducción comprendido entre el 10 y el 60% en una o varias etapas.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha banda cruza una zona bajo atmósfera no oxidante entre su colada y su laminado en caliente.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque se somete dicha banda a una operación de descalaminado antes de su laminado en caliente.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la banda es enrollada después de su colada o su laminado en caliente y desenrollada antes de su laminado en frío.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se somete dicha banda a un decapado ácido antes de su laminado en frío.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho recocido de recristalización es un recocido compacto efectuado a una temperatura de 900 a 1100ºC, inmediatamente seguido por un enfriamiento de la banda a una velocidad de 100 a 6000ºC/s.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho recocido de recristalización es un recocido continuo efectuado a una temperatura de 800 a 850ºC durante 60 a 120 s.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho recocido de recristalización es un recocido base efectuado a una temperatura de 700 a 750ºC durante 10 a 90 mm.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicha banda es decapada después de dicho recocido de recristalización.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se somete dicha banda a una pasada de relaminación después del recocido de recristalización o del decapado.

14. Banda de aleación hierro-carbono-manganeso, caracterizada porque se produce con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13.