ES2242899T3 - Acero de construccion ligera doble/triple de alta resistencia y su utilizacion. - Google Patents
Acero de construccion ligera doble/triple de alta resistencia y su utilizacion.Info
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Abstract
Acero de construcción ligera de alta resistencia doble- o triple- con la siguiente composición (contenidos en % en peso): 18 a 35% de Mn, 8 a 12% de Al, 3 a 6% de Si, siendo Al+Si>12%, 0, 5 a 2% de C, máximo 0, 05% de B, máximo 3% de Ti, al menos uno de los elementos Mg, Ga, Be con un contenido de 0, 3 a 3%, respectivamente, siendo el resto esencialmente hierro, incluyendo los elementos que habitualmente acompañan al acero.
Description
Acero de construcción ligera doble/triple de alta
resistencia y su utilización.
La invención se refiere a un acero de
construcción ligera doble o triple de alta resistencia y muy
adecuado para embutición profunda, y a su utilización.
El acero de alta resistencia ha sido desarrollado
para la industria del automóvil, la industria de la construcción así
como para aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales con diferentes
propiedades y se emplea ya en la producción. A este respecto,
especialmente en el empleo en la industria del automóvil, está cada
vez más en primer plano el deseo de conseguir una reducción del peso
del vehículo a través de nuevos materiales. En este caso, el
objetivo es la fabricación de aleaciones de acero más ligeras, que
mantienen o bien mejoran adicionalmente, por lo demás, las
propiedades favorables conseguidas hasta ahora.
Se conocen a partir del documento DE 43 03 316
aceros con 13 a 16% en peso de Al y de contenidos, en parte, más
elevados de otros componentes de la aleación, como Cr, Nb, Ta, Si,
B, Ti, para componentes resistentes a la oxidación y a la corrosión.
Tales aleaciones se caracterizan, a temperaturas por encima de
700ºC, por una alta resistencia a la oxidación y a la corrosión y se
utilizan en componentes que se pueden emplear, en efecto, a altas
temperaturas, pero que están expuestas a condiciones oxidantes y
corrosivas sólo con una carga mecánica reducida.
Además, se conocen, por ejemplo, a partir del
documento DE 199 00 199 aceros de construcción ligera de alta
resistencia, que presentan una porción elevada de aluminio, cromo y
níquel así como manganeso y, como consecuencia de ello, poseen una
densidad más reducida que el hierro. Como era previsible, la
aleación de acero se caracteriza por buena resistencia a la
corrosión y a la corrosión por tensofisuración así como una rigidez
alta. Tales aceros presentan contenidos de aluminio hasta 10% en
peso.
Por ejemplo, el acero de construcción ligera
austenítico o bien austenítico / ferrítico presenta una composición
con 7 a 27% en peso de Mn, 1 a 10% en peso de Al, menos de 10% en
peso de Cr, menos de 10% en peso de Ni, más de 0,7 a 4% en peso de
Si, menos de 3% en peso de Cu, menos de 0,5% en peso de C y una
composición restante de hierro e impurezas condicionadas por la
fundición. Los otros componentes de la aleación pueden estar
constituidos por porciones reducidas de nitrógeno, niobio, titanio,
vanadio y fósforo.
Se conoce, además, a partir del documento DE 12
62 613 B1 la utilización de aceros de construcción ligera para
componentes y motores de vehículos así como para proyectiles y
similares, que presentan altos porcentajes de componentes de
aleación ligeros con 4 a 20% de Al, 18 a 40% de Mn y de 0,15 a 2% de
C. A ellos se pueden añadir todavía de 0 a 3% de Si y de 0 a 4% de
Nb.
También se conoce a partir del documento DE 197
27 759 la utilización de un acero austenítico de construcción
ligera, transformable en frío, especialmente con buena capacidad de
embutición profunda, que presenta una resistencia a la tracción
hasta 1100 MPa así como propiedades TRIP y/o TWIP. En la composición
con 1 a 6% de Si, de 1 a 8% de Al, siendo (Al + Si) < 12%, de 10
a 30% de Mn, siendo el resto esencialmente hierro incluidos los
elementos que acompañan habitualmente el acero, sirve como material
para piezas de chapa de refuerzo de la carro-
cería.
cería.
Los aceros de construcción ligera conocidos,
mencionados anteriormente, presentan, en efecto, propiedades
importantes ventajosas para el empleo en los campos mencionados de
la tecnología, sin embargo estos aceros están afectadas con
inconvenientes esenciales. Solamente se pueden conseguir ahorros
adicionales del peso, especialmente en la industria del automóvil
con los aceros conocidos a través de una reducción adicional del
espesor de la chapa o a través de medidas constructivas adicionales.
No se conocen a partir del estado de la técnica en esta forma aceros
de embutición profunda transformables, es decir, adecuados para
embutición profunda y adecuados para estiramiento, que se puedan
laminar en frío y recocidos con efecto de recristalización con un
contenido elevado de aluminio, como se necesitan especialmente para
la aplicación en la técnica del automóvil, en virtud de una densidad
específica cada vez más elevada.
El documento
EP-A-414 949 describe un acero de
construcción ligera
doble-\alpha-\gamma con una
composición similar a la de la invención, pero con un contenido más
reducido de Si y sin contenidos de Mg y/o Ga y/o Be.
La invención tiene el cometido de crear un acero
de construcción ligera de alta resistencia con buena capacidad para
la transformación en frío, especialmente adecuado para embutición
profunda y para estiramiento, cuya densidad está por debajo de la
densidad específica de los aceros conocidos hasta ahora.
La invención se reproduce a través del objeto de
la reivindicación 1. Las otras reivindicaciones contienen
configuraciones y desarrollos ventajosos de la invención.
La solución según la invención se refiere a un
acero de construcción ligera de alta resistencia
doble-\alpha/\gamma o
triple-\alpha/\gamma/\varepsilon(\kappa)
con la siguiente composición (contenidos en % en peso):
\newpage
- 18 a 35% de Mn
- 8 a 12% de Al
- 3 a 6% de Si, siendo Al + Si > 12%
- 0,5 a 2% de C
- máximo 0,05% de B
- 0 a 3% de Ti
- al menos uno de los elementos Mg, Ga, Be con un contenido de 0,3 a 3%, respectivamente,
siendo el resto esencialmente
hierro, incluyendo los elementos que habitualmente acompañan al
acero.
Como otros componentes de la aleación se emplean,
de acuerdo con desarrollos de la aleación según la invención con
preferencia los elementos N, Nb, V y, dado el caso, Ti con los
siguientes porcentajes:
- 0,03 a 2% de Ti
- N menor que 0,3%
- Nb menor que 0,5%
- V menor que 0,5%.
El acero de construcción ligera según la
invención se forma a partir de una textura polifásica en el caso de
acero doble a partir de cristales mixtos de
\alpha-ferrita y de
\gamma-austenita. En el caso del acero triple, se
añade a las dos primeras fases mencionadas todavía una
fase-\varepsilon martensítica y/o una
fase-\kappa. El peso específico dela cero según la
invención se reduce a valores reducidos a través de los altos
porcentajes de los elementos ligeros de la aleación Al, Si, C y Mn
así como al menos uno de los elementos Mg, Ga, Be y, dado el caso,
Ti. Con ambas aleaciones se consigue una densidad menor que 7
g/cm^{3}, que está claramente reducida frente a los aceros
convencionales con valores entre 7,3 y 7,5 g/cm^{3} hasta un 15%.
La solución según la invención presenta una reducción adicional de
la densidad también frente a los aceros de construcción ligera
conocidos a partir de la literatura con hasta 8% de aluminio.
El acero de construcción ligera según la
invención consigue a través del elemento Mg, cuando está presente en
la aleación, una reducción adicional de su densidad, en virtud del
peso específico muy reducido del Mg. Lo mismo se aplica de una
manera comparable para Be, cuando está presente en la aleación,
consiguiendo aquí adicionalmente todavía una elevación de la
resistencia, que se puede alcanzar manteniendo la ductilidad. A
través del elemento Ti, cuando está presente en la aleación, se
consigue una elevación adicional de la resistencia a través de la
finura del grano y del endurecimiento microcristalino. También el
elemento Ga, cuando está presente en la aleación, sirve para la
elevación de la resistencia y la dureza. Además, se incrementa la
capacidad de fundición de la aleación, puesto que ésta se vuelve más
líquida a través del porcentaje de Ga en condiciones de temperatura
comparables.
El acero de construcción ligera doble o triple
según la invención se caracteriza, en el estado laminado en fría y
recristalizado, por una textura doble o bien triple de grano fino
con morfología equiaxial, es decir, isotropa de los granos de
\alpha-ferrita, \gamma-austenita
y \varepsilon-martensita, respectivamente.
El exponente de solidificación del acero doble /
triple está en n = 0,23 a 0,24 y el valor r medio (anisotropía
plana) es: r = (r0º + r90º + 2r45º) / 4 \cong 1. Es decir, que
este acero de construcción ligera se comporta con respecto a una
modificación de la forma plana de forma casi isotropa (\Deltar
\cong 0) durante la embutición profunda y durante el
estiramiento.
La textura bifásica o bien trifásica de grano
fino respectiva eleva la absorción de energía -la energía
disipativa- de este acero en el caso de solicitación a alta
velocidad de dilatación, como se produce, por ejemplo, en el caso de
carga de impacto o en el caso de choque.
El acero de construcción ligera se caracteriza
por tensiones de fluencia superiores a 400 MPa. A través de una alta
solidificación debida a la fuerte interacción de los desplazamientos
de las fases \alpha/\gamma o bien
\alpha/\gamma/\varepsilon(\kappa) existentes, se
consiguen resistencias a la tracción en el baño caliente de hasta
1000 MPa y dilataciones uniformes hasta 40% así como dilataciones
máximas hasta 50%. El baño frío recocido con efecto de
recristalización presenta resistencias en el intervalo de 900 MPa
con dilataciones máximas del 70%.
Especialmente ventajosa es la densidad claramente
reducida frente a los aceros convencionales. El acero de
construcción ligero según la invención presenta también una
reducción de la densidad no conocida hasta ahora frente a los aceros
de construcción ligera con componentes de aluminio conocidos a
partir del estado de la técnica.
Otra ventaja de la solución según la invención
consiste en que a pesar de sus altas resistencias, el material
presenta una capacidad de deformación muy buena. Estas propiedades
solamente se habían podido conseguir hasta ahora con aceros nobles
de alta aleación. Hay que resaltar sobre todo también su capacidad
de fundición durante el procesamiento, que se mejora de nuevo, como
ya se conoce, cuando está presente Ga.
El espectro de propiedades descrito de una
elevada resistencia del componente, de la elevada libertad de
configuración en la geometría así como la reducida densidad del
material conduce al objetivo de conseguir un peso reducido del
componente a través de la estructura ligera del material y de la
forma.
De esta manera, el acero de construcción ligera
\alpha/\gamma doble o bien
\alpha/\gamma/\varepsilon(\kappa) triple según la
invención tiene como consecuencia una mejora adicional en la
combinación de las propiedades ventajosas no conocidas hasta
ahora.
A través del porcentaje alto de componentes de la
aleación con un peso específico por debajo del peso específico del
hierro y de los aceros de construcción ligera conocidos hasta ahora,
se consigue una reducción ventajosa del peso para la industria del
automóvil manteniendo el tipo de construcción hasta ahora. Por lo
demás, el acero de construcción ligera presenta una excelente
ductilidad, una alta resistencia y un ratio de solidificación
extremadamente alto. Hay que subrayar la propiedad de una alta
velocidad de carga en el comportamiento de choque en el caso de un
accidente, de manera que esta aleación de acero es especialmente
adecuada para la fabricación de automóviles. Por lo demás, existe
una resistencia elevada a la corrosión y especialmente a la
corrosión por tensofisuración, de manera que esta aleación de acero
es adecuada también para el empleo en otros campos tecnológicos, por
ejemplo en la construcción.
En las construcciones de hormigón, es decir,
especialmente como aceros de hormigón tensado y hierros (aceros) de
armado o bordillos de guía e hileras de pilotes se pueden emplear de
una manera excelente los aceros de construcción ligera según la
invención. La resistencia a la corrosión se puede mejorar, además, a
través de recubrimientos químicos, electroquímicos, orgánicos, no
metálicos o metálicos.
Además, existe la posibilidad de realizar una
bonificación de la aleación de acero a través de un tratamiento
químico, electroquímico o térmico.
La formación de una capa de cubierta de
protección se puede conseguir porque la superficie está enriquecida
y/o recubierta con aluminio.
El acero que contiene aluminio, apto para
embutición profunda y para estiramiento, se funde en el
procedimiento de fabricación, se vierte en el procedimiento de
fundición por extrusión, se lamina en el intervalo de temperaturas
por encima de la temperatura de recristalización o se funde a través
de laminación de la fundición, fundición de banda fina, como banda
próxima a la dimensión final.
El acero o bien se puede procesar adicionalmente
directamente como banda en caliente o se puede procesar
adicionalmente a través de laminación en frío después de la
laminación en caliente.
Además de las posibilidades de utilización ya
mencionadas en la fabricación de vehículos, el acero de construcción
ligera según la invención es especialmente adecuado para la
fabricación de componentes para componentes de construcción bruta o
componentes de la carrocería, soportes integrales, estructuras de
mecanismos de traslación o estructuras espaciales en aviones. Otros
componentes ligeros en automóviles son la dirección, los ejes, los
componentes de ejes, las piezas de montaje, los carriles de asiento,
las piezas de fijación así como los sistemas para la seguridad
pasiva, suspensiones de ruedas, ramales de accionamiento y depósitos
de combustible.
De la misma manera, el campo de aplicación se
extiende a vehículos ferroviarios y vehículos acuáticos así como al
campo aeronáutico y aeroespacial, en ellos con preferencia en
componentes relevantes para la resistencia de pared fina.
Además del empleo ya descrito en el sector de la
construcción, especialmente en la construcción en altura, el
material es adecuado de la misma manera para instalaciones de
transporte, cintas transportadoras y en la metalurgia.
Claims (8)
1. Acero de construcción ligera de alta
resistencia doble-\alpha/\gamma o
triple-\alpha/\gamma/\varepsilon con la
siguiente composición (contenidos en % en peso):
- 18 a 35% de Mn,
- 8 a 12% de Al,
- 3 a 6% de Si, siendo Al + Si > 12%,
- 0,5 a 2% de C,
- máximo 0,05% de B,
- máximo 3% de Ti,
- al menos uno de los elementos Mg, Ga, Be con un contenido de 0,3 a 3%, respectivamente,
siendo el resto esencialmente
hierro, incluyendo los elementos que habitualmente acompañan al
acero.
2. Acero de construcción ligera de alta
resistencia según la reivindicación 1, caracterizado por un
porcentaje de Ti de 0,03 a 2%.
3. Acero de construcción ligera de alta
resistencia según una de las reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizado por los siguientes porcentajes de otros
elementos de la aleación:
- hasta 0,3% de N,
- hasta 0,5% de Nb,
- hasta 0,5% de V.
4. Acero de construcción ligera de alta
resistencia según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado por una textura
doble-\alpha/\gamma bifásica de grano fino o por
una textura triple-\alpha/\gamma/\varepsilon
trifásica con morfología equiaxial en el estado laminado en frío y
recristalizado.
5. Acero de construcción ligera de alta
resistencia según una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por una isotropía plana con r \approx 1, es
decir, un acero que presenta en el plano de la chapa propiedades
mecánicas casi isótropas con respecto a la resistencia y la
dilatación.
6. Fabricación de un componente de un acero de
construcción ligera de alta resistencia según una de las
reivindicaciones 1 a 5 por medio de un procedimiento de
fundición.
7. Utilización de un acero de construcción
ligera de alta resistencia según una de las reivindicaciones 1 a 5,
como material para componentes de construcción bruta o componentes
de la carrocería, soportes integrales, estructuras de mecanismos de
traslación o estructuras espaciales en aviones.
8. Utilización de un acero de construcción
ligera de alta resistencia según una de las reivindicaciones 1 a 5,
como material para construcción en altura, instalaciones de
transporte, metalurgia así como bordillos de guía e hileras de
pilotes.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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