ES2336095T3 - Procedimiento para fabricar un poroducto de acero. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un producto de acero, especialmente una chapa o fleje de acero, con alto límite de estiramiento, - en el que a partir de un acero que contiene (en % en peso): C: \leq 1,00%, Mn: 7,00 - 30,00%, Al: 1, 00 - 10,00%, Si: > 2,50 - 8,00%, Al + Si: > 3,50 - 12,00%, B: < 0,01%, Ni: < 8,00%, Cu: < 3,00%, N: < 0,60%, Nb: < 0,30%, Ti: < 0,30%, V: < 0,30%, P: < 0,01% y el resto hierro e impurezas inevitables, se produce un fleje de acero, - en el que a partir del fleje de acero se lamina en frío un fleje laminado en frío, y - en el que a partir del fleje laminado en frío obtenido por el laminado en frío se fabrica el producto de acero mediante una deformación en frío que se realiza con un grado de deformación en frío del 2,5% al 25%.
Description
Procedimiento para fabricar un producto de
acero.
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La invención se refiere a un procedimiento para
fabricar un producto de acero que presenta un alto límite de
estiramiento. En el caso del producto según la invención puede
tratarse especialmente de una chapa de acero o fleje de acero.
Un acero ligero usado para la fabricación de
componentes de carrocería y la utilización a bajas temperaturas se
conoce por el documento DE 197 27 759 C2. Contiene, además de Fe,
del 10% al 30% de Mn, del 1% al 8% de Al y del 1 al 6% de Si, no
superando la suma de los contenidos de Al y Si el 12%. En este acero
conocido, el carbono está contenido como máximo en el intervalo de
impurezas.
Por el contrario, en el acero de construcción
ligero conocido por el documento DE 199 00 199 A1 se prevé carbono
como elemento de aleación opcional. El acero ligero conocido
presenta > 7% al 27% de Mn, > 1% al 10% de Al,
> 0,7% al 4% de Si, < 0,5% de C, < 10% de Cr, < 10% de Ni y < 0,3% de Cu. Además, en el acero pueden estar contenidos N, V, Nb, Ti, P, no debiendo superando la suma de estos elementos el 2%.
> 0,7% al 4% de Si, < 0,5% de C, < 10% de Cr, < 10% de Ni y < 0,3% de Cu. Además, en el acero pueden estar contenidos N, V, Nb, Ti, P, no debiendo superando la suma de estos elementos el 2%.
Los aceros del tipo previamente explicado
presentan propiedades de TWIP ("TWIP" = "Twinning
InducedPlasticity", plasticidad inducida
por maclado). Esta propiedad significa que poseen una alta
ductilidad con al mismo tiempo buena resistencia y bajo peso.
Correspondientemente, para los aceros de construcción ligeros TWIP
puede determinarse un producto extremadamente alto a partir de la
resistencia a la tracción y el alargamiento. En las chapas de acero
producidas a partir de aceros de construcción ligeros TWIP
conocidos, el límite mínimo de estiramiento se encuentra
normalmente en el intervalo de 260 a 330 MPa.
Todavía pueden conseguirse mayores límites de
estiramiento con al mismo tiempo buena deformabilidad en, por
ejemplo, los aceros TRIP ("TRIP" = "Transformation
Induced Plasticity", plasticidad inducida por
transformación) o en aceros en los que las propiedades de TWIP y
TRIP se presentan mezcladas. No obstante, todas las variantes de
las chapas conocidas producidas a partir de aceros de construcción
ligeros de este tipo presentan desventajas de propiedades
específicas cuando poseen límites de estiramiento de más de 330 MPa.
Así, por ejemplo, pueden aparecer dispersiones de la temperatura de
transición frágil-dúctil, dependencias de la
temperatura de las propiedades o un comportamiento de deformación
anisótropo.
Por tanto, el objetivo de la invención consistió
en mencionar un procedimiento que hiciera posible la fabricación
fiable de productos de acero a partir de un acero ligero que también
presentaran a altos límites de estiramiento un comportamiento de
deformación isótropo y fueran dúctiles a bajas temperaturas.
Este objetivo se alcanza mediante un
procedimiento para la fabricación de un producto de acero,
especialmente una chapa o fleje de acero,
- -
- en el que a partir de un acero que contiene (en % en peso):
- C: \leq 1,00%,
- Mn: 7,00 - 30,00%,
- Al: 1,00 - 10,00%,
- Si: > 2,50 - 8,00%,
- Al + Si: > 3,50 - 12,00%,
- B: < 0,01%,
- Ni: < 8,00%,
- Cu: < 3,00%,
- N: < 0,60%,
- Nb: < 0,30%,
- Ti: < 0,30%,
- V: < 0,30%,
- P: < 0,01%
- \quad
- y el resto hierro e impurezas inevitables, se produce un fleje de acero
\global\parskip1.000000\baselineskip
- -
- en el que a partir del fleje de acero se lamina en frío un fleje laminado en frío, y
- -
- en el que a partir del fleje laminado en frío obtenido por el laminado en frío se fabrica el producto de acero mediante una deformación en frío que se realiza con un grado de deformación en frío del 2,5% al 25%.
Según la invención se ajustan altos límites de
estiramiento de los productos de acero acabados mediante un proceso
de deformación en frío al que se somete el fleje de acero después de
que hayan transcurrido las etapas habituales de la fabricación de
flejes de acero. A partir de aceros ligeros de la composición fijada
según la invención pueden fabricarse del modo según la invención
productos a partir de flejes laminados en frío que poseen altos
límites de estiramiento con al mismo tiempo buena deformabilidad. En
este caso es esencial que la deformación en frío se realice con
grados de deformación suficientes para finalizar la fabricación.
La deformación en frío según la invención puede
realizarse, por ejemplo, mediante acabado por laminación o
enderezado por tracción y flexión del fleje laminado en frío. En
estos casos, en el caso del producto fabricado según la invención
se trata de una chapa o fleje de acero laminado en frío cuyo límite
de estiramiento se encuentra regularmente por encima de 330
MPa.
Estos límites de estiramiento que asimismo
mantienen de forma fiable este valor mínimo también pueden
conseguirse siendo la deformación en frío realizada según la
invención una parte de un proceso para la fabricación de una forma
de pieza acabada. Así, la deformación en frío completada en la
última etapa del procedimiento según la invención también puede
realizarse, por ejemplo, como embutición profunda, estiramiento
sobre molde o hidroconformación. En este caso sólo es esencial que
se alcance un grado de deformación suficiente que se encuentra por
encima del grado de deformación habitual en el laminado de acabado
convencional.
Se ha mostrado sorprendentemente que a partir de
la aleación de acero usada según la invención se produce un claro
aumento de los límites de estiramiento debido a la deformación en
frío realizada, sin posterior recocido repetido, para finalizar el
procedimiento de fabricación sin que mediante esto se produzcan
pérdidas decisivas de la isotropía o la ductilidad del material.
Así, los productos producidos según la invención, especialmente
chapas o flejes, destacan por una combinación óptima de alargamiento
a la rotura y límite de estiramiento. Adicionalmente, presentan
propiedades de TWIP. Como tales son claramente superiores a los
productos de acero ligero producidos y compuestos convencionales.
Por tanto, con el procedimiento según la invención es posible
fabricar de manera sencilla productos de acero ligero con límites de
estiramiento máximos que destacan por una buena deformabilidad a
bajo
peso.
peso.
La fiabilidad con la que se consigue el
resultado de trabajo hecho posible según la invención puede
mejorarse ascendiendo el grado de deformación en frío a como máximo
el 15%, especialmente a como máximo el 10%.
Como producto de partida para la fabricación de
los productos de acero según la invención pueden utilizarse flejes
laminados en caliente o flejes laminados en frío. La fabricación de
flejes laminados en caliente puede comprender en este caso las
etapas de procedimiento habituales. Así, un acero con la composición
según la invención puede colarse para dar desbastes planos,
desbastes planos delgados o fleje colado. Estos productos
semielaborados se laminan luego en caliente para dar el fleje
laminado en caliente que se bobina en bobinas.
Después del bobinado, el fleje laminado en
caliente se lamina en frío para dar el fleje laminado en frío que,
a continuación de la recristalización, si es necesaria, se recuece
antes de someterse de nuevo como última etapa del procedimiento
según la invención a la deformación en frío con grados de
deformación en frío que ascienden a del 2,5% al 25%.
Si se necesita un recalentamiento antes del
laminado en caliente, especialmente en el uso de desbastes planos,
entonces la temperatura de recalentamiento no deberá ser inferior a
1100ºC. Por el contrario, en tales casos, en los que después de la
colada el producto de partida se introduce al laminado en caliente
en una secuencia de trabajo continua, esto también puede realizarse
en la utilización directa sin recalentamiento intercalado.
Laminando en caliente el fleje laminado en
caliente según la invención con temperaturas finales de laminado en
caliente que ascienden a al menos 800ºC y bobinando a bajas
temperaturas se aprovecha totalmente la acción positiva del carbono
y, siempre y cuando esté presente, especialmente del boro. Así, en
los flejes laminados en caliente en este intervalo el boro y el
carbono provocan mayores valores de resistencia a la tracción y
límite de estiramiento con valores de alargamiento a la rotura
aceptables al igual que antes. Al aumentar la temperatura final de
laminado en caliente disminuye la resistencia a la tracción y el
límite de estiramiento, mientras que aumentan los valores de
alargamiento. Mediante la variación de las temperaturas finales de
laminado en el marco fijado por la invención pueden lograrse así
las propiedades deseadas del fleje o chapa de acero obtenido e
influirlas de manera sencilla.
Debido a la limitación de la temperatura de
bobinado a valores de como máximo 700ºC se previene de forma fiable
una fragilización del material. Se ha establecido que a mayores
temperaturas de bobinado puede producirse la formación de fases
frágiles que pueden acarrear, por ejemplo, descascarillamientos del
material y como tales dificultar o hacer casi imposible el
procesamiento posterior.
El grado de laminado en frío del laminado en
frío que precede al recocido de recristalización se encuentra
preferiblemente en el intervalo del 30% al 75% para alcanzar con de
forma fiable las propiedades de deformación y resistencia
optimizadas del producto de acero acabado según la invención.
Las temperaturas de recocido en el recocido de
recristalización se encuentran preferiblemente entre 600ºC y
1100ºC. El recocido puede realizarse en este caso en la campana en
el intervalo de temperatura de 600ºC a 750ºC o en hornos de
recocido continuos a temperaturas de 750ºC a 1100ºC.
Debido a los contenidos de Si limitados a
contenidos superiores al 2,50% en peso, preferiblemente superiores
al 2,70% en peso, las chapas de acero según la invención presentan
una capacidad de laminado en frío mejorada en comparación con las
chapas o chapas de acero ligero que poseen menores contenidos de Si.
La alta adición de Si se expresa en valores de límite de
estiramiento y resistencia a la tracción más uniformes, así como en
mayores valores de alargamiento a la rotura y alargamiento uniforme.
Además, el silicio conduce en los aceros según la invención a
mayores valores de r y n, así como a una formación isótropa de
propiedades mecánicas. El límite superior de la suma formada por
los contenidos de Al y Si se encuentra al 12% ya que una suma de
los contenidos de Al y Si más allá de este límite traería consigo el
riesgo de una fragilización.
Se ha comprobado sorprendentemente que la
adición específica de boro en los aceros según la invención puede
conducir a una mejora de las propiedades y la producibilidad. Por
tanto, según una configuración ventajosa de la invención se prevé
que el acero presente contenidos de boro. Siempre y cuando el boro
se añada para mejorar el ajuste del límite de estiramiento y la
deformabilidad, el contenido de boro puede presentarse a este
respecto en el intervalo del 0,002% en peso al 0,01% en peso,
especialmente del 0,003 al 0,008% en peso.
Las influencias favorables de la aleación sobre
las propiedades mecánico-tecnológicas de las chapas
de acero según la invención pueden reforzarse adicionalmente si
puede detectarse una cantidad mínima del 0,10% en peso de carbono
en el acero según la invención.
Debido a su espectro de propiedades especial, a
partir de los productos de flejes laminados en frío producidos
especialmente según la invención pueden fabricarse componentes de
carrocería especialmente buenos portadores, así como adecuados para
los choques, para vehículos. Éstos pueden utilizarse con bajo peso,
por ejemplo, para la protección especialmente eficaz de los
ocupantes de un vehículo. Los productos fabricados según la
invención destacan en este contexto por una capacidad de absorción
de energía especialmente alta en el caso de carga de aparición
repentina.
El bajo peso con al mismo tiempo buena
deformabilidad y resistencia hace además posible fabricar a partir
de los productos producidos según la invención ruedas para
vehículos, especialmente vehículos de motor.
A partir de los productos producidos según la
invención también pueden producirse componentes que se utilizan en
el sector de la ingeniería criogénica. El espectro de propiedades
favorable de los productos de flejes laminados en frío según la
invención también se mantiene a temperaturas bajas habituales en el
sector de la criogenia.
La buena capacidad de absorción de energía
lograda en el modo de fabricación según la invención hace además
que el procedimiento según la invención sea especialmente adecuado
para la fabricación de productos que se usan para la fabricación de
determinados elementos protectores para la protección de cargas
incidentes en forma de impulsos.
A continuación se explica la invención mediante
ejemplos de realización.
Un acero ligero con (datos en % en peso) 0,0070%
de C, 25,9% de Mn, 0,013% de P, 0,0006% de S, 2,83% de Si, 2,72% de
Al, 0,0045% de N y el resto hierro, así como impurezas inevitables,
a las que pertenecen, por ejemplo, contenidos insignificantes de
Cu, Cr, Ni, As, Sn, Ti, V, Nb, B y Mg, se coló para dar desbastes
planos.
Después de un recalentamiento hasta 1150ºC, los
desbastes planos se laminaron en caliente a una temperatura final
de laminado en caliente que ascendía a 850ºC para dar un fleje
laminado en caliente y luego se bobinaron a una temperatura de
bobinado de 500ºC. A continuación, el fleje laminado en caliente se
laminó en frío con un grado de deformación del 65% para dar el
fleje laminado en frío con un espesor de 1 mm. Después del laminado
en frío, el fleje laminado en frío se recoció de forma
recristalizante en continuo a una temperatura de 950ºC.
En este estado, el fleje laminado en frío era
isótropo. Sus propiedades mecánicas determinadas respectivamente en
dirección longitudinal se registran en la Tabla 1 (grado de
deformación en frío = 0%).
Para detectar la acción de la invención, después
del recocido de recristalización se laminaron en frío fragmentos
del fleje laminado en frío con un grado de deformación del 2,5%, 5%,
10%, 30% o 50%. Las propiedades mecánicas determinadas para cada
uno de los fragmentos respectivamente en dirección longitudinal
también se registran en la Tabla 1.
Se mostró que en el producto de fleje laminado
en frío obtenido después del acabado por laminación se consigue una
combinación óptima de límites elásticos aparentes y límites de
estiramiento cuando en el acabado por laminación del fleje laminado
en frío se mantuvo un grado de deformación en frío del 10%. Por
tanto, hasta el grado de deformación en frío del 10% el límite de
estiramiento R_{p0,2} pudo aumentarse más del 70% y la resistencia
a la tracción R_{m} pudo mejorar más del 10%. Los valores del
alargamiento uniforme Ag, del alargamiento A_{80}, del valor de r
y del valor de n permanecieron en este caso a un nivel que se
encuentra muy por encima del que se alcanza en aceros
convencionales de límite de estiramiento comparable. Sólo a un grado
de deformación en frío del 30% se produce una caída espectacular de
las propiedades de alargamiento.
En otro experimento se produjo otro fleje
laminado en frío conforme, con respecto a su composición y las
etapas de trabajo completadas hasta finalizar su recocido
recristalizante, al fleje laminado en frío previamente explicado. A
partir de una sección de este fleje laminado en frío se ha
producido, sin realizar previamente una deformación en frío, un
cuerpo de choque con forma de perfil hueco. Por el contrario, otro
fragmento del fleje laminado en frío recocido de forma
recristalizante se ha deformado en frío mediante acabado por
laminación de un modo según la invención con un grado de
deformación en frío del 7%. A partir del producto de fleje laminado
en frío producido de esta forma según la invención también se ha
fabricado un cuerpo de choque con forma de perfil hueco.
Los dos cuerpos de choque de aproximadamente 150
kg de peso se investigaron a continuación en lo referente a su
capacidad de absorción de energía en un ensayo de caída en el que
golpearon un obstáculo con una velocidad de caída de 50 km/h. Se
mostró que el cuerpo de choque fabricado a partir del producto de
fleje laminado en frío acabado por laminación según la invención
poseía una capacidad de absorción de energía claramente mejor a
pesar del hecho de que su espesor de pared era claramente reducido,
en comparación con el del otro cuerpo de choque, debido a la
deformación en frío adicional.
Finalmente, en un tercer ensayo se produjo un
fleje laminado en frío recocido de forma recristalizante basándose
de nuevo en la composición anteriormente especificada y aplicando
las etapas de procedimiento ya explicadas. El fleje laminado en
frío así proporcionado se deformó luego en frío del modo según la
invención mediante estiramiento sobre molde. El grado de
deformación en frío conseguido en este caso ascendió de nuevo al
10%. Debido a esta deformación en frío, el límite de estiramiento
de 320 MPa sólo pudo aumentarse en el estado recocido de forma
recristalizante a 520 MPa después de la deformación en frío
siguiente al recocido de recristalización. Las resistencias a la
tracción aumentaron al mismo tiempo de 640 MPa a 710 MPa. Apenas se
influyó el valor de r. Los valores de alargamiento disminuyeron al
aumentar el grado de deformación, concretamente del 60% a
aproximadamente el 50%, y el valor de r de 0,39 a 0,27. Sin embargo,
estos valores también se encontraron muy por encima de las
propiedades de alargamiento y los valores de n que pueden
establecerse en aceros convencionalmente producidos comparables de
mayor resistencia de la misma clase de límite de estiramiento. Por
tanto, en la deformación en frío del fleje laminado en frío
mediante estiramiento sobre molde, el producto obtenido también
presentó una combinación óptima de valores de límite de estiramiento
y de alargamiento.
Claims (17)
1. Procedimiento para la fabricación de un
producto de acero, especialmente una chapa o fleje de acero, con
alto límite de estiramiento,
- -
- en el que a partir de un acero que contiene (en % en peso):
- C: \leq 1,00%,
- Mn: 7,00 - 30,00%,
- Al: 1, 00 - 10,00%,
- Si: > 2,50 - 8,00%,
- Al + Si: > 3,50 - 12,00%,
- B: < 0,01%,
- Ni: < 8,00%,
- Cu: < 3,00%,
- N: < 0,60%,
- Nb: < 0,30%,
- Ti: < 0,30%,
- V: < 0,30%,
- P: < 0,01%
- \quad
- y el resto hierro e impurezas inevitables, se produce un fleje de acero,
- -
- en el que a partir del fleje de acero se lamina en frío un fleje laminado en frío, y
- -
- en el que a partir del fleje laminado en frío obtenido por el laminado en frío se fabrica el producto de acero mediante una deformación en frío que se realiza con un grado de deformación en frío del 2,5% al 25%.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el grado de deformación en frío asciende
como máximo al 15%.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el grado de deformación en frío asciende
como máximo al 10%.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
producción del fleje o chapa de acero comprende las siguientes
etapas de trabajo:
- -
- colar el acero para dar un material primario como desbastes planos, desbastes planos delgados o fleje colado,
- -
- laminar en caliente el material primario para dar un fleje laminado en caliente,
- -
- bobinar el fleje laminado en caliente,
- -
- laminar en frío el fleje laminado en caliente para dar el fleje laminado en frío.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material primario se recalienta antes
del laminado en caliente hasta al menos 1100ºC.
6. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material primario se utiliza
directamente para el laminado en caliente con una temperatura que
asciende a al menos 1100ºC.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque la temperatura
final de laminado en caliente asciende a al menos 800ºC.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque la temperatura
de bobinado asciende a de 450ºC a 700ºC.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el fleje
laminado en frío se recuece de forma recristalizante después del
laminado en frío y porque el fleje laminado en frío se deforma en
frío después del recocido recristalizante.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el recocido recristalizante se realiza a
una temperatura de recocido de 600ºC a 1100ºC.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el recocido se realiza como recocido en
campana a una temperatura de recocido que asciende a de 600ºC a
750ºC.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque el recocido se realiza como recocido
continuo a una temperatura de recocido que asciende a de 750ºC a
1100ºC.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque el laminado en
frío se realiza con un grado de laminado en frío del 30% al
75%.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero
contiene más del 2,70% en peso de silicio.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero
contiene del 0,002% en peso al 0,01% en peso de boro.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque el acero contiene del 0,003 al 0,008% en
peso de boro.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero
contiene el
0,10 - 1,00% en peso de carbono.
0,10 - 1,00% en peso de carbono.
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