ES2386425T3 - Cold worked steels with packing net with martensite / austenite microstructure - Google Patents

Cold worked steels with packing net with martensite / austenite microstructure Download PDF

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Abstract

Un proceso para fabricar una aleación de acero al carbono de alta resistencia y alta ductilidad, comprendiendo dicho proceso: (a) formar una aleación de acero al carbono que tenga una microestructura que comprende redes de martensita alternadas con películas de austenita retenida, y (b) trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono en una serie de pasadas sin tratamiento térmico intermedio entre las pasadas hasta una reducción suficiente para conseguir una resistencia a tracción de al menos 1034 MPa (150 ksi), en la que la etapa (a) comprende: (i) formar una composición de aleación de acero al carbono que tenga una temperatura de inicio de martensita de al menos 300 ºC, (ii) calentar dicha composición de aleación de acero al carbono a una temperatura suficientemente alta para provocar la austenización de la misma, para producir una fase austenita homogénea con todos los elementos de aleación en solución, y (iii) enfriar dicha fase austenita homogénea a través de dicho intervalo de transición de martensita a una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida para conseguir dicha microestructura, evitando la formación de carburo en las interfaces entre dichas redes de martensita y dichas películas de austenita retenida, en el que dicha composición de la aleación de acero al carbono contiene del 0,004% al 0,12% de carbono, del 0% al 11% de cromo, del 0% al 2,0% de manganeso y del 0% al 2,0% de silicio, todos en peso, siendo el resto hierro junto con cualquier impureza inevitable.A process for manufacturing a high strength and high ductility carbon steel alloy, said process comprising: (a) forming a carbon steel alloy having a microstructure comprising martensite networks alternated with retained austenite films, and (b ) cold work said carbon steel alloy in a series of passes without intermediate heat treatment between passes to a sufficient reduction to achieve a tensile strength of at least 1034 MPa (150 ksi), in which step (a) it comprises: (i) forming a carbon steel alloy composition having a martensite starting temperature of at least 300 ° C, (ii) heating said carbon steel alloy composition to a temperature high enough to cause austenization of the same, to produce a homogeneous austenite phase with all alloy elements in solution, and (iii) cooling said homogeneous austenite phase through d and said martensite transition interval at a sufficiently rapid cooling rate to achieve said microstructure, preventing the formation of carbide at the interfaces between said martensite networks and said retained austenite films, wherein said composition of the steel alloy at Carbon contains 0.004% to 0.12% carbon, 0% to 11% chromium, 0% to 2.0% manganese and 0% to 2.0% silicon, all by weight, being the iron rest along with any inevitable impurity.

Description

Aceros trabajados en frío con red de empaquetamiento con microestructura martensita/austenita. Cold worked steels with packing net with martensite / austenite microstructure.

Antecedentes de la invención Background of the invention

1. Campo de la invención 1. Field of the invention

Esta invención se refiere a la tecnología de las aleaciones de acero de bajo y medio carbono, particularmente aquellas de alta resistencia y tenacidad, y formabilidad en frío de dichas aleaciones. This invention relates to the technology of low and medium carbon steel alloys, particularly those of high strength and toughness, and cold formability of said alloys.

2. Descripción de la técnica anterior 2. Description of the prior art

Una etapa importante en el procesamiento de aceros de alto rendimiento es el trabajado en frío, que típicamente consiste en una serie de compresiones y/o expansiones conseguidas mediante procesos tales como estirado, extrusión, recalcado en frío o laminado. El trabajado en frío provoca la deformación plástica del acero que produce el endurecimiento de tensiones mientras se forma el acero en la forma en la que finalmente se usará. El trabajado en frío, que en el caso del cable de acero se analiza por trefilado, típicamente se realiza en una sucesión de fases con tratamientos térmicos intermedios, que en el caso del cable de acero se denominan "patentado". An important stage in the processing of high-performance steels is cold working, which typically consists of a series of compressions and / or expansions achieved by processes such as stretching, extrusion, cold-highlighting or rolling. Cold working causes the plastic deformation of the steel that produces the hardening of tensions while the steel is formed in the form in which it will finally be used. The cold worked, which in the case of the steel cable is analyzed by wire drawing, is typically performed in a succession of phases with intermediate heat treatments, which in the case of the steel cable are called "patented".

El cable de acero de alta resistencia es un ejemplo de un acero de alto rendimiento, y es útil en una diversidad de aplicaciones ingenieriles incluyendo cordón de neumático, cable de alambre y hebras para refuerzos de hormigón pretensado. El acero usado más habitualmente en cable de acero de alta resistencia es acero de medio o alto carbono. En el procedimiento típico para formar el cable, barras laminadas en caliente con microestructuras perlíticas se estiran en frío en varias fases, con los tratamientos de patentado intermedios para ablandar la perlita para continuar el estirado en frío. Por ejemplo, las barras laminadas en caliente de aproximadamente 5,5 mm de diámetro podrían reducirse en varias fases a un diámetro de aproximadamente 3 mm. El patentado podría realizarse entonces a 800-900 ºC provocando la austenización del acero, seguido de transformación del acero a 500-550 ºC en lamelas perlíticas finas. El acero podría entonces decaparse, en ácido clorhídrico por ejemplo, para retirar las incrustaciones formadas durante el patentado. El decapado podría ir seguido de diversas fases de estirado adicionales para reducir el diámetro hasta aproximadamente 1 mm, después patentado y decapado adicionales. El estirado final entonces se realizaría en varias fases hasta el diámetro deseado final, que por ejemplo puede ser de aproximadamente 0,4 mm, para conseguir las propiedades deseadas, en concreto resistencia. Esto puede ir seguido de procesamiento adicional, tal como trenzado, dependiendo del uso final. The high-strength steel cable is an example of a high-performance steel, and is useful in a variety of engineering applications including tire cord, wire cable and strands for prestressed concrete reinforcements. The most commonly used steel in high strength steel cable is medium or high carbon steel. In the typical procedure for forming the cable, hot rolled bars with perlitic microstructures are cold stretched in several phases, with intermediate patent treatments to soften the pearlite to continue cold drawing. For example, hot rolled bars of approximately 5.5 mm in diameter could be reduced in several phases to a diameter of approximately 3 mm. The patenting could then be performed at 800-900 ° C causing austenization of the steel, followed by transformation of the steel at 500-550 ° C into fine perlite lamellae. The steel could then be etched, in hydrochloric acid for example, to remove the scale formed during the patented. The pickling could be followed by various additional stretching phases to reduce the diameter to about 1 mm, then patented and further pickling. The final stretching would then be carried out in several phases up to the final desired diameter, which for example can be approximately 0.4 mm, to achieve the desired properties, in particular strength. This may be followed by additional processing, such as braiding, depending on the end use.

El fin del tratamiento de patentado inicial es producir un alambrón con una estructura perlítica lamelar fina, que requiera una baja temperatura de transformación. Para conseguir el control de temperatura deseado, el proceso se realiza típicamente en un baño de plomo fundido. En las fases de estirado sucesivas, el cable se estira a tensiones verdaderas (definidas más adelante) de 6-7 para obtener niveles de alta resistencia de aproximadamente 3.000 MPa. Para cables perlíticos convencionales, estas altas tensiones y resistencias pueden conseguirse simplemente aplicando una serie de tratamientos de patentado. Sin estos tratamientos de patentado, el estirado en frío provocaría agrietamiento por cizalla de las lamelas perlíticas. Debido a la necesidad de un baño de plomo fundido el proceso completo es costoso y tiende a crear preocupaciones medioambientales. The purpose of the initial patented treatment is to produce a wire rod with a fine lamellar perlitic structure, which requires a low transformation temperature. To achieve the desired temperature control, the process is typically performed in a molten lead bath. In the successive stretching phases, the cable is stretched at true tensions (defined below) of 6-7 to obtain high strength levels of approximately 3,000 MPa. For conventional perlitic cables, these high voltages and resistances can be achieved simply by applying a series of patented treatments. Without these patented treatments, cold drawing would cause shear cracking of the perlitic lamellae. Due to the need for a molten lead bath the entire process is expensive and tends to create environmental concerns.

El trabajado en frío se usa también en la producción de tubos de acero expansibles, es decir, tubos que se expanden en el sitio y, en algunos casos, por debajo del suelo. Cold working is also used in the production of expandable steel tubes, that is, tubes that expand at the site and, in some cases, below ground.

Un desarrollo reciente en las aleaciones de acero es la formación de microestructuras que contienen ambas fases martensita y austenita en una configuración alterna, en la que la martensita está presente como redes que están separadas por películas finas de austenita. Las microestructuras son granos condensados en las que los granos individuales contiene varias redes de martensita separadas por películas de austenita finas con, en algunos casos, un revestimiento de austenita rodeando cada grano. Estas estructuras se denominan estructuras de "martensita dislocada" o estructuras de "red de empaquetamiento de martensita/austenita". Las patentes que describen estas microestructuras son las siguientes: A recent development in steel alloys is the formation of microstructures that contain both phases martensite and austenite in an alternate configuration, in which martensite is present as networks that are separated by thin austenite films. Microstructures are condensed grains in which the individual grains contain several martensite networks separated by thin austenite films with, in some cases, an austenite coating surrounding each grain. These structures are called "dislocated martensite" structures or "martensite / austenite packing network" structures. The patents describing these microstructures are the following:

4.170.497 (Gareth Thomas and Bangaru V.N. Rao), expedida el 9 de octubre de 1979 sobre una solicitud presentada el 24 de agosto de 1977 4,170,497 (Gareth Thomas and Bangaru V.N. Rao), issued on October 9, 1979 on an application filed on August 24, 1977

4.170.499 (Gareth Thomas and Bangaru V.N. Rao), expedida el 9 de octubre de 1979 sobre una solicitud presentada 14 de septiembre de 1978 y como una continuación parcial de la solicitud anterior presentada el 24 de agosto de 1977 4,170,499 (Gareth Thomas and Bangaru V.N. Rao), issued on October 9, 1979 on an application filed September 14, 1978 and as a partial continuation of the previous application filed on August 24, 1977

4.671.827 (Gareth Thomas, Nack J. Kim, and Ramamoorthy Ramesh), expedida el 9 de junio de 1987 sobre una solicitud presentada 11 de octubre de 1985 4,671,827 (Gareth Thomas, Nack J. Kim, and Ramamoorthy Ramesh), issued on June 9, 1987, on an application filed October 11, 1985

6.273.968 B1 (Gareth Thomas), expedida el 14 de agosto de 2001 sobre una solicitud presentada el 28 de marzo de 2000 6,273,968 B1 (Gareth Thomas), issued on August 14, 2001, on an application filed on March 28, 2000

Aunque estas microestructuras ofrecen ciertos beneficios de rendimiento, en concreto una alta resistencia a corrosión, hasta ahora no se ha sabido que las etapas de procesamiento usadas típicamente para aleaciones de acero podían simplificarse o eliminarse cuando estas microestructuras están presentes. Although these microstructures offer certain performance benefits, particularly high corrosion resistance, it has not been known until now that the processing steps typically used for steel alloys could be simplified or eliminated when these microstructures are present.

Son de gran relevancia adicional para esta invención las dos Patentes de Estados Unidos que describen el trabajado en frío de las barras de acero y cables sin patentado. Estas patentes son: The two United States Patents describing cold-worked steel bars and cables without patents are of great relevance for this invention. These patents are:

4.613.385 (Gareth Thomas and Alvin H. Nakagawa), expedida el 23 de septiembre de 1986 sobre una solicitud presentada el 9 de diciembre de 1982 4,613,385 (Gareth Thomas and Alvin H. Nakagawa), issued on September 23, 1986, on an application filed on December 9, 1982

4.619.714 (Gareth Thomas, Jae-Hwan Ahn, and Nack-Joon Kim), expedida el 28 de octubre de 1986 sobre una solicitud presentada el 29 de noviembre de 1984 como una continuación parcial de la solicitud anterior presentada el 6 de agosto de 1984. 4,619,714 (Gareth Thomas, Jae-Hwan Ahn, and Nack-Joon Kim), issued on October 28, 1986 on an application filed on November 29, 1984 as a partial continuation of the previous application filed on August 6, 1984.

Las microestructuras de los aceros en estas patentes son considerablemente diferentes de aquellas de las primeras cuatro patentes mostradas anteriormente. The microstructures of the steels in these patents are considerably different from those of the first four patents shown above.

Sumario de la invención Summary of the invention

La invención proporciona un proceso para fabricar una aleación de acero al carbono de alta resistencia y alta ductilidad de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 de las reivindicaciones adjuntas a la misma. The invention provides a process for manufacturing a high strength and high ductility carbon steel alloy according to claim 1 or claim 2 of the appended claims thereto.

Se ha descubierto ahora que la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita es única en sus características cristalográficas y cómo estas características provocan que responda al trabajado en frío. Debido a la alta densidad de dislocación de esta microestructura y la facilidad con la que las tensiones en la estructura pueden moverse entre las fases martensita y austenita, el trabajado en frío proporciona a la microestructura las propiedades mecánicas únicas que incluyen una alta resistencia a tracción. Como resultado, estas aleaciones pueden trabajarse en frío sin tratamientos térmicos intermedios, mientras que aún consiguen resistencias a tracción comparables a las resistencias a tracción de las aleaciones de acero convencionales que se han procesado por tratamiento en frío con tratamientos térmicos intermedios. En el caso de un cable de acero que tenga la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita, esta invención radica en el descubrimiento de que el estirado en frío puede realizarse sin tratamientos de patentado intermedios. De acuerdo con la presente invención, por lo tanto, las aleaciones de acero al carbono que tienen la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita, es decir, aquellas cuya microestructura incluye redes de martensita alternas con películas finas de austenita retenida, se forman en frío, preferentemente sin tratamientos térmicos intermedios, a una reducción suficiente para conseguir una resistencia a tracción de aproximadamente 150 ksi o mayor ("ksi" denota kilo libras fuerza por pulgada cuadrada), equivalente a aproximadamente 1.085 MPa o mayor ("MPa" denota megapascales, es decir, newtons por milímetro cuadrado). El trabajado en frío a resistencias a tracción de 2.000 MPa (290 ksi) o mayores es de particular interés y, de hecho, las resistencias a tracción de 3.000 MPa (435 ksi) y tan alto como 4.000 MPa (580 ksi) pueden conseguirse mediante la práctica de esta invención. Estos valores son aproximados; el factor de conversión al millar más cercano es 6,895 MPa igual a 1 ksi. It has now been discovered that the microstructure of martensite / austenite packing network is unique in its crystallographic characteristics and how these characteristics cause it to respond to cold work. Due to the high displacement density of this microstructure and the ease with which tensions in the structure can move between the martensite and austenite phases, cold-working provides the microstructure with the unique mechanical properties that include high tensile strength. As a result, these alloys can be cold worked without intermediate heat treatments, while still achieving tensile strengths comparable to the tensile strengths of conventional steel alloys that have been processed by cold treatment with intermediate heat treatments. In the case of a steel cable having the microstructure of martensite / austenite packing network, this invention lies in the discovery that cold drawing can be performed without intermediate patenting treatments. According to the present invention, therefore, carbon steel alloys having the martensite / austenite packing network microstructure, that is, those whose microstructure includes alternate martensite nets with retained austenite thin films, are formed cold, preferably without intermediate heat treatments, to a sufficient reduction to achieve a tensile strength of approximately 150 ksi or greater ("ksi" denotes kilo pounds force per square inch), equivalent to approximately 1,085 MPa or greater ("MPa" denotes megapascals, that is, newtons per square millimeter). Cold work at tensile strengths of 2,000 MPa (290 ksi) or greater is of particular interest and, in fact, tensile strengths of 3,000 MPa (435 ksi) and as high as 4,000 MPa (580 ksi) can be achieved by The practice of this invention. These values are approximate; The conversion factor to the nearest thousand is 6,895 MPa equal to 1 ksi.

Los beneficios de esta invención se extienden a microestructuras sencillas de red de empaquetamiento de martensita/austenita que no contienen ferrita o que contienen cantidades insignificantes de ferrita, y también a microestructuras que incluyen una red de empaquetamiento de granos condensados con granos de ferrita, y a variantes de estas estructuras, incluyendo aquellas cuyos granos de la red de empaquetamiento están recubiertos por revestimientos de austenita, aquellas que están libres de precipitados de carburo en las interfases y aquellas en las que las películas de austenita son de una orientación uniforme. El descubrimiento de la capacidad de las microestructuras de red de empaquetamiento de martensita/austenita de responder al trabajado en frío de esta manera es sorprendente respecto a las descripciones en las patentes Nº 4.613.385 y 4.619.714 a las que se ha hecho referencia anteriormente, puesto que la ferrita en la microestructura de estas patentes tiene un límite elástico menor que la martensita. Como resultado, la ferrita absorberá preferentemente la tensión introducida por el trabajado en frío, mientras que la martensita no responderá al trabajado en frío hasta que la fase ferrita se trabaje por endurecimiento a un nivel por encima del límite elástico de la martensita. En las microestructuras abordadas por la presente invención, el nivel de ferrita era relativamente bajo o su ausencia, cuando no hay ferrita presente, provocará que la martensita absorba la tensión en una fase anterior del proceso de trabajado en frío. La martensita y la ferrita son distintivamente diferentes entre sí en estructura cristalina y comportamiento de endurecimiento. The benefits of this invention extend to simple microstructures of martensite / austenite packing net that do not contain ferrite or contain insignificant amounts of ferrite, and also to microstructures that include a packing network of condensed grains with ferrite grains, and variants of these structures, including those whose grains in the packing network are covered by austenite coatings, those that are free of carbide precipitates at the interfaces and those in which the austenite films are of a uniform orientation. The discovery of the ability of the martensite / austenite packing network microstructures to respond to cold work in this way is surprising with respect to the descriptions in patents No. 4,613,385 and 4,619,714 referred to above. , since the ferrite in the microstructure of these patents has a lower elastic limit than martensite. As a result, the ferrite will preferably absorb the tension introduced by the cold worker, while the martensite will not respond to the cold worked until the ferrite phase is worked by hardening at a level above the elastic limit of the martensite. In the microstructures addressed by the present invention, the level of ferrite was relatively low or its absence, when no ferrite is present, will cause the martensite to absorb tension at an earlier stage of the cold working process. Martensite and ferrite are distinctly different from each other in crystalline structure and hardening behavior.

Estas y otras características, objetos, ventajas y realizaciones de la invención se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción. These and other features, objects, advantages and embodiments of the invention will be better understood from the following description.

Breve descripción de las figuras Brief description of the figures

La Figura 1 es una representación de la resistencia a tracción frente a la tensión total verdadera para dos aleaciones de acero de microestructura de doble fase de red de empaquetamiento de martensita/austenita, tras el trabajado en frío de acuerdo con esta invención en ausencia de tratamientos térmicos intermedios. Figure 1 is a representation of the tensile strength against true total tension for two alloys of dual phase microstructure steel of martensite / austenite packing net, after cold working according to this invention in the absence of treatments intermediate thermal.

La Figura 2 es una representación de la resistencia a tracción frente a la tensión total para tres aleaciones de acero de una microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita de triple fase y una aleación de acero de microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita de doble fase, tras el trabajado en frío de acuerdo con esta invención en ausencia de tratamientos térmicos intermedios. Figure 2 is a representation of the tensile strength against total stress for three steel alloys of a triple phase martensite / austenite packing network microstructure and a martensite / austenite packing network microstructure steel alloy double phase, after cold working according to this invention in the absence of intermediate heat treatments.

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

y realizaciones preferidas and preferred embodiments

El trabajado en frío en la práctica de esta invención puede realizarse mediante el uso de las técnicas y el equipo que se ha usado para el trabajado en frío en la técnica anterior en otras aleaciones de acero y microestructuras para aleaciones en forma de desbastes cuadrados, tochos, barras, planchas o láminas, el trabajado en frío puede consistir en el laminado del acero entre los rodillos u otros medios de compresión para reducir el exceso de, y alargar el acero. Cuando el trabajado en frío se realiza por laminado, se consiguen múltiples reducciones por múltiples pasadas a través del tren de laminado. Para piezas de trabajo con forma de barra o forma de cable, el trabajado en frío puede consistir en el estirado en frío o extrusión a través de un troquel. Para reducciones múltiples, la pieza de trabajo se extruye a través de una serie de troqueles sucesivamente más pequeños. Los tubos se consiguen estirando el acero a través de un troquel con forma de anillo con un mandril dentro del troquel. Para pasadas múltiples, el tubo que ya se ha estirado se estira adicionalmente a través de un troquel con forma de anillo más pequeño con un mandril situado dentro del tubo. The cold worked in the practice of this invention can be carried out by using the techniques and equipment that has been used for cold working in the prior art in other steel alloys and microstructures for alloys in the form of square slabs, billets , bars, plates or sheets, cold working can consist of rolling the steel between the rollers or other compression means to reduce excess, and lengthen the steel. When cold working is done by rolling, multiple reductions are achieved by multiple passes through the rolling train. For workpieces in the form of a bar or a cable, the cold work may consist of cold drawing or extrusion through a die. For multiple reductions, the workpiece is extruded through a series of successively smaller dies. The tubes are achieved by stretching the steel through a ring-shaped die with a mandrel inside the die. For multiple passes, the tube that has already been stretched is further stretched through a smaller ring-shaped die with a mandrel located inside the tube.

El trabajado en frío se realiza a una temperatura por debajo de la menor temperatura a la que ocurre la recristalización. Las temperaturas adecuadas son, por lo tanto, aquellas que no inducen ningún cambio de fase en el acero. Para aceros al carbono, la recristalización típicamente ocurre a aproximadamente 1.000 ºC (1.832 ºF), y por consiguiente el trabajado en frío de acuerdo con esta invención se realiza bastante por debajo de esta temperatura. Preferentemente, el trabajado en frío se realiza a temperaturas de aproximadamente 500 ºC (932 ºF) o menor, más preferentemente aproximadamente 100 ºC (212 ºF) o menor y, lo más preferentemente, a una temperatura que está dentro de aproximadamente los 25 ºC de la temperatura ambiente. Cold work is performed at a temperature below the lowest temperature at which recrystallization occurs. Suitable temperatures are, therefore, those that do not induce any phase change in the steel. For carbon steels, recrystallization typically occurs at approximately 1,000 ° C (1,832 ° F), and consequently cold working according to this invention is performed well below this temperature. Preferably, cold working is performed at temperatures of about 500 ° C (932 ° F) or less, more preferably about 100 ° C (212 ° F) or less and, most preferably, at a temperature that is within about 25 ° C of ambient temperature

El trabajado en frío puede realizarse en una sola pasada o en una sucesión de pasadas. En cualquier caso, los tratamientos térmicos intermedios (que, en el caso del cable de acero se denominan "patentado") pueden realizarse para la mejora adicional de las propiedades, aunque las propiedades resultantes del trabajado en frío solas son suficientemente altas para que los tratamientos térmicos intermedios no se requieran y, preferentemente, no se realicen. El grado de reducción por pasada no es crítico para la invención y puede variar ampliamente, aunque las reducciones deberían ser suficientemente grandes para evitar el endurecimiento del acero tanto que el acero se haga susceptible a rotura después de una pequeña reducción total. En la mayoría de los casos, las reducciones preferidas son de al menos aproximadamente el 20% por pasada, más preferentemente al menos aproximadamente el 25% por pasada y, lo más preferentemente, de aproximadamente el 25% a aproximadamente el 50% por pasada. La reducción por pasada está gobernada al menos parcialmente por factores tales como el ángulo del troquel y el coeficiente de eficacia del estirado. Cuanto mayor sea el ángulo del troquel, mayor será la reducción mínima que se requiere para evitar el agrietamiento por descarga central. Cuanto menor sea el coeficiente de eficacia de estirado, sin embargo, menor será la reducción máxima para un acero con un exponente de endurecimiento de tensión dado. Se busca típicamente un compromiso entre estas dos consideraciones en competición. En términos de la resistencia a tracción del producto final, el trabajado en frío preferentemente se realizará a una resistencia de tracción dentro del intervalo de aproximadamente 1034 MPa (150 ksi) a aproximadamente 3450 MPa (500 ksi). Cold work can be done in a single pass or in a succession of passes. In any case, intermediate heat treatments (which, in the case of the steel cable are called "patented") can be performed for the further improvement of the properties, although the properties resulting from cold working alone are sufficiently high so that the treatments Thermal intermediates are not required and, preferably, are not performed. The degree of reduction per pass is not critical to the invention and can vary widely, although the reductions should be large enough to prevent hardening of the steel so much that the steel becomes susceptible to breakage after a small total reduction. In most cases, the preferred reductions are at least about 20% per pass, more preferably at least about 25% per pass and, most preferably, from about 25% to about 50% per pass. The reduction by pass is governed at least partially by factors such as the angle of the die and the coefficient of effectiveness of the stretching. The greater the angle of the die, the greater the minimum reduction that is required to prevent cracking by central discharge. The lower the stretching efficiency coefficient, however, the lower the maximum reduction for a steel with a given strain hardening exponent. A compromise is typically sought between these two considerations in competition. In terms of the tensile strength of the final product, cold working will preferably be performed at a tensile strength within the range of about 1034 MPa (150 ksi) to about 3450 MPa (500 ksi).

El proceso de esta invención es aplicable a aleaciones de acero al carbono que tienen microestructuras de red de empaquetamiento de martensita/austenita, tales como aquellas descritas en las patentes citadas anteriormente, así como aquellas descritas en las Solicitudes de Patente de Estados Unidos en trámite junto con la presente Nº 10/017.847, presentada el 15 de diciembre de 2001 (titulada "Triple-Phase Nano-Composite Steels", inventores Kusinski, G.J., Pollack, D., and Thomas, G.), y 10/017.879, presentada el 14 de diciembre de 2001 (titulada "Nano-Composite Martensitic Steels", inventores Kusinski, G.J., Pollack, D., and Thomas, G.). Para permitir la formación de la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita, la composición de aleación típicamente tendrá una temperatura de inicio de martensita M de aproximadamente 300 ºC o mayor, y preferentemente de 350 ºC o mayor. Aunque los elementos de aleación en general afectan a M, el elemento de aleación que tiene la mayor influencia sobre la M5 es carbono, y conseguir una aleación con M6 por encima de 300 ºC puede conseguirse limitando el contenido de carbono de la aleación a un máximo del 0,35% en peso. En un ejemplo de referencia, el contenido de carbono está dentro del intervalo de aproximadamente el 0,03% a aproximadamente el 0,35% y, en un ejemplo de referencia, el intervalo es de aproximadamente el 0,05% a aproximadamente el 0,33%, todos en peso. Pueden estar presentes también elementos de aleación adicionales, tales como molibdeno, titanio, niobio y aluminio, en cantidades suficientes para servir como sitios de nucleación para la formación de granos finos, aunque en una concentración suficientemente baja para evitar afectar a las propiedades de la aleación terminada por su presencia. La concentración debería ser también suficientemente baja para evitar la formación de inclusiones y otros precipitados grandes, que pueden hacer al acero susceptible de fractura temprana. En ciertos ejemplos de referencia, sería ventajoso incluir uno o más elementos de estabilización de austenita, ejemplos de los cuales son nitrógeno, manganeso, níquel, cobre y cinc. Particularmente preferidos entre estos son manganeso y níquel. Cuando está presente el níquel, la concentración níquel preferentemente está en el intervalo de aproximadamente el 0,25% a aproximadamente el 5% y cuando está presente el manganeso, la concentración de manganeso preferentemente está dentro del intervalo de aproximadamente el 0,25% a aproximadamente el 6%. El cromo está incluido también en muchas realizaciones de la invención. Todas las concentraciones de este documento son en peso. The process of this invention is applicable to carbon steel alloys having martensite / austenite packing network microstructures, such as those described in the aforementioned patents, as well as those described in United States Patent Applications pending together with the present Nº 10 / 017.847, presented on December 15, 2001 (entitled "Triple-Phase Nano-Composite Steels", inventors Kusinski, GJ, Pollack, D., and Thomas, G.), and 10 / 017.879, presented on December 14, 2001 (entitled "Nano-Composite Martensitic Steels", inventors Kusinski, GJ, Pollack, D., and Thomas, G.). To allow the formation of the martensite / austenite packing network microstructure, the alloy composition will typically have a martensite starting temperature M of approximately 300 ° C or greater, and preferably 350 ° C or greater. Although the alloy elements generally affect M, the alloy element that has the greatest influence on M5 is carbon, and achieving an alloy with M6 above 300 ° C can be achieved by limiting the carbon content of the alloy to a maximum 0.35% by weight. In a reference example, the carbon content is within the range of about 0.03% to about 0.35% and, in a reference example, the range is about 0.05% to about 0 , 33%, all by weight. Additional alloy elements, such as molybdenum, titanium, niobium and aluminum, may also be present in amounts sufficient to serve as nucleation sites for fine grain formation, although at a concentration sufficiently low to avoid affecting the properties of the alloy. finished by his presence. The concentration should also be low enough to prevent the formation of inclusions and other large precipitates, which can make steel susceptible to early fracture. In certain reference examples, it would be advantageous to include one or more austenite stabilization elements, examples of which are nitrogen, manganese, nickel, copper and zinc. Particularly preferred among these are manganese and nickel. When nickel is present, the nickel concentration is preferably in the range of about 0.25% to about 5% and when manganese is present, the manganese concentration is preferably in the range of about 0.25% at approximately 6%. Chromium is also included in many embodiments of the invention. All concentrations in this document are by weight.

Ciertas realizaciones de la invención implican aleaciones que incluyen una fase ferrita además de los granos de red de empaquetamiento de martensita/austenita (aleaciones de triple fase) mientras que otras solo contienen los granos de red de empaquetamiento de martensita/austenita y no incluyen una fase ferrita (aleaciones de doble fase). En general, la presencia o ausencia de la fase ferrita está determinada por el tipo de tratamiento térmico en la fase de austenización inicial. Mediante la selección apropiada de la temperatura, el acero puede transformarse en una sola fase de austenita o en una estructura bifásica que contiene tanto austenita como ferrita. Además, la composición de la aleación puede seleccionarse o ajustarse para provocar la formación de ferrita durante el enfriamiento inicial de la aleación de la fase austenita o evitar la formación de ferrita durante el enfriamiento, es decir, evitar la formación de granos de ferrita antes del enfriamiento adicional de la austenita para formar la microestructura de red de empaquetamiento. Certain embodiments of the invention involve alloys that include a ferrite phase in addition to the martensite / austenite packing net grains (triple phase alloys) while others only contain the martensite / austenite packing net grains and do not include a phase. ferrite (double phase alloys). In general, the presence or absence of the ferrite phase is determined by the type of heat treatment in the initial austenization phase. By appropriate temperature selection, the steel can be transformed into a single phase of austenite or a biphasic structure that contains both austenite and ferrite. In addition, the alloy composition can be selected or adjusted to cause the formation of ferrite during the initial cooling of the austenite phase alloy or prevent the formation of ferrite during cooling, that is, to prevent the formation of ferrite grains before additional cooling of the austenite to form the microstructure of packing network.

Como se ha indicado anteriormente, en ciertos casos sería beneficioso usar aleaciones con microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita en las que las películas de austenita en un solo grano de la red de empaquetamiento son todas de aproximadamente la misma orientación, aunque la orientación cristalográfica puede variar, como aquellas en las que las películas de austenita en un solo grano de red de empaquetamiento son todas de la misma orientación del plano cristalino. Esta última puede conseguirse limitando el tamaño de grano a 10 menor. Preferentemente, el tamaño de grano en estos casos está dentro del intervalo de aproximadamente 1 m (micrómetro) a aproximadamente 10 m (micrómetros) y más preferentemente de aproximadamente 5 m (micrómetros) a aproximadamente 9 m (micrómetros). As indicated above, in certain cases it would be beneficial to use alloys with microstructure of martensite / austenite packing net in which the austenite films on a single grain of the packing net are all of approximately the same orientation, although the orientation Crystallography may vary, such as those in which austenite films on a single grain of packing net are all of the same orientation of the crystalline plane. The latter can be achieved by limiting the grain size to 10 smaller. Preferably, the grain size in these cases is within the range of about 1 m (micrometer) to about 10 m (micrometers) and more preferably from about 5 m (micrometers) to about 9 m (micrometers).

La preparación de microestructuras de fases de red de empaquetamiento de martensita/austenita que no contiene ferrita (es decir, microestructuras de "doble fase") comienza con la selección de los componentes de la aleación y la combinación de estos componentes en las porciones apropiadas, como se ha indicado anteriormente. Los componentes combinados se homogenizan después ("empapan") durante un periodo de tiempo suficiente y a una temperatura suficiente para conseguir una estructura austenítica uniforme con todos los elementos y componentes en solución sólida. La temperatura estará por encima de la temperatura de recristalización austenítica aunque preferentemente a un nivel que provocará que se formen granos muy finos. La temperatura de recristalización austenítica típicamente varía con la composición de la aleación, aunque en general será fácilmente evidente para los expertos en la materia. En la mayoría de los casos, se conseguirán mejores resultados empapando a una temperatura dentro del intervalo de 800 ºC a 1.150 ºC. El laminado, forjado o ambos se realizan opcionalmente sobre la aleación a esta temperatura. The preparation of phase microstructures of martensite / austenite packing network that does not contain ferrite (ie "double phase" microstructures) begins with the selection of the alloy components and the combination of these components in the appropriate portions, as indicated above. The combined components are then homogenized ("soaked") for a sufficient period of time and at a temperature sufficient to achieve a uniform austenitic structure with all the elements and components in solid solution. The temperature will be above the austenitic recrystallization temperature although preferably at a level that will cause very fine grains to form. The austenitic recrystallization temperature typically varies with the composition of the alloy, although in general it will be readily apparent to those skilled in the art. In most cases, better results will be achieved by soaking at a temperature within the range of 800 ° C to 1,150 ° C. Laminating, forging or both are optionally made on the alloy at this temperature.

Una vez que la homogenización se ha completado, la aleación se somete a una combinación de enfriamiento y refinamiento de grano al tamaño de grano deseado que, como se ha indicado anteriormente, puede variar. El refinamiento de grano puede realizarse en fases, aunque el refinamiento de grano final generalmente se consigue a una temperatura intermedia que está por encima incluso de la temperatura de recristalización austenítica. La aleación puede laminarse, en primer lugar, a la temperatura de homogenización para conseguir cristalización dinámica, después se enfría a una temperatura intermedia y se lamina de nuevo para recristalización dinámica adicional. La temperatura intermedia es entre la temperatura de recristalización austenítica y una temperatura que está a aproximadamente 50 ºC por encima de la temperatura de recristalización austenítica. Para composiciones de aleación cuya temperatura de recristalización austenítica es de aproximadamente de 900 ºC y la temperatura intermedia a la que la aleación se enfría es preferentemente entre aproximadamente 900 ºC y aproximadamente 950 ºC, y más preferentemente entre aproximadamente 900 ºC y aproximadamente 925 ºC. Para composiciones de aleación cuya temperatura de recristalización austenítica sea de aproximadamente 820 ºC, la temperatura intermedia preferida es de aproximadamente 850 ºC. La recristalización dinámica puede conseguirse también por forjado o por otros medios conocidos por los expertos en la materia. La recristalización dinámica produce una reducción del tamaño de grano del 10% o mayor y, en muchos casos, una reducción del tamaño de grano de aproximadamente el 30% a aproximadamente el 90%. Once the homogenization has been completed, the alloy is subjected to a combination of cooling and refinement of grain to the desired grain size which, as indicated above, may vary. Grain refinement can be carried out in phases, although final grain refinement is generally achieved at an intermediate temperature that is above even the austenitic recrystallization temperature. The alloy can be laminated, first, at the homogenization temperature to achieve dynamic crystallization, then cooled to an intermediate temperature and laminated again for further dynamic recrystallization. The intermediate temperature is between the austenitic recrystallization temperature and a temperature that is approximately 50 ° C above the austenitic recrystallization temperature. For alloy compositions whose austenitic recrystallization temperature is about 900 ° C and the intermediate temperature at which the alloy cools is preferably between about 900 ° C and about 950 ° C, and more preferably between about 900 ° C and about 925 ° C. For alloy compositions whose austenitic recrystallization temperature is approximately 820 ° C, the preferred intermediate temperature is approximately 850 ° C. Dynamic recrystallization can also be achieved by forging or by other means known to those skilled in the art. Dynamic recrystallization results in a grain size reduction of 10% or greater and, in many cases, a grain size reduction of about 30% to about 90%.

Una vez que se ha conseguido el tamaño de grano deseado, la aleación se inactiva enfriando desde una temperatura por encima de la temperatura de recristalización austenítica hasta la temperatura de inicio de martensita Ms, después a través del intervalo de transición de martensita para convertir los cristales de austenita en la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita. Cuando los cristales de ferrita están presentes entre los cristales de austenita, la conversión solo ocurre en los cristales de austenita. La velocidad de enfriamiento óptima varía con la composición química y, de esta manera, la capacidad de endurecimiento de la aleación. Los paquetes resultantes son de aproximadamente el mismo pequeño tamaño que los granos de austenita producidos durante las fases de laminado, pero solo la austenita que queda en estos granos está en las películas finas y en algunos casos en el revestimiento que rodea cada grano de red de empaquetamiento. Cuando las películas de austenita finas tienen que ser una sola variante en la orientación cristalina, esta se consigue controlando el proceso para conseguir un tamaño de grano de menos de 50 m (micrómetros). Como una alternativa a la recristalización dinámica, el refinamiento de grano al tamaño de grano deseado puede conseguirse por tratamiento térmico en solitario. Para usar este método, la aleación se inactiva como se ha descrito ene l párrafo anterior, después se recalienta a una temperatura que es aproximadamente igual a la temperatura de recristalización austenítica o ligeramente menor, después se inactiva una vez más para conseguir o devolver la microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita. La temperatura de recalentamiento preferentemente está dentro de aproximadamente 50 grados centígrados de la temperatura de recristalización austenítica, por ejemplo aproximadamente 870 ºC. Once the desired grain size has been achieved, the alloy is quenched by cooling from a temperature above the austenitic recrystallization temperature to the starting temperature of martensite Ms, then through the martensite transition interval to convert the crystals of austenite in the microstructure of martensite / austenite packing network. When ferrite crystals are present between austenite crystals, conversion only occurs in austenite crystals. The optimum cooling rate varies with the chemical composition and, thus, the hardening capacity of the alloy. The resulting packages are approximately the same small size as the austenite grains produced during the rolling phases, but only the austenite that remains in these grains is in the thin films and in some cases in the lining that surrounds each network grain. packing When thin austenite films have to be a single variant in the crystalline orientation, this is achieved by controlling the process to achieve a grain size of less than 50 m (micrometers). As an alternative to dynamic recrystallization, grain refinement to the desired grain size can be achieved by heat treatment alone. To use this method, the alloy is inactivated as described in the previous paragraph, then reheated to a temperature that is approximately equal to the austenitic or slightly lower recrystallization temperature, then inactivated once more to achieve or return the microstructure martensite / austenite packing net. The reheating temperature is preferably within about 50 degrees Celsius of the austenitic recrystallization temperature, for example about 870 ° C.

Las etapas de procesamiento tales como calentamiento de la composición de aleación a la fase austenita, enfriamiento de la aleación con laminado o forjado controlado para conseguir la reducción y el tamaño de grano deseados, e inactivación de los granos de austenita a través de la región de transición de martensita para conseguir la estructura de red de empaquetamiento se realizan por métodos conocidos en la técnica. Estos métodos incluyen coladas, tratamiento térmico y trabajado en caliente de la aleación, tal como por forjado o laminado, seguido de acabado a la temperatura controlada para refinamiento de grano óptimo. El laminado controlado sirve para diversas funciones, incluyendo ayudar en la difusión de los elementos de aleación a formar una fase cristalina de austenita homogénea y en el almacenamiento de la energía de tensión en los granos. En las fases de inactivación del proceso, el laminado controlado guía la fase martensita recién formada hacia una disposición de red de empaquetamiento de redes de martensita separadas por películas finas de austenita retenida, el grado de reducción del laminado puede variar y será fácilmente evidente para los expertos en la materia. La inactivación preferentemente se realiza suficientemente rápido para evitar la formación de microestructuras perjudiciales incluyendo perlita, vainita y partículas o precipitados, particularmente precipitación de interfase y formación de partículas, incluyendo la formación de los carburos y carbonitruros indeseables. En los granos de la red de empaquetamiento de martensita/austenita, las películas de austenita retenidas constituirán de aproximadamente el 0,5% a aproximadamente el 15% en volumen de la microestructura, preferentemente de aproximadamente el 3% a aproximadamente el 10% y, más preferentemente, un máximo de aproximadamente el 5%. The processing steps such as heating the alloy composition to the austenite phase, cooling the alloy with controlled rolling or forging to achieve the desired reduction and grain size, and inactivating the austenite grains throughout the region of Martensite transition to achieve the packing network structure are performed by methods known in the art. These methods include casting, heat treatment and hot working of the alloy, such as by forging or rolling, followed by temperature controlled finishing for optimum grain refinement. The controlled laminate serves several functions, including assisting in the diffusion of the alloy elements to form a homogeneous crystalline phase of austenite and in the storage of the tension energy in the grains. In the process inactivation phases, the controlled laminate guides the newly formed martensite phase towards a packing network arrangement of martensite networks separated by thin films of retained austenite, the degree of lamination reduction can vary and will be readily apparent to the subject matter experts. The inactivation is preferably carried out quickly enough to prevent the formation of harmful microstructures including perlite, vainite and particles or precipitates, particularly interface precipitation and particle formation, including the formation of undesirable carbides and carbonitrides. In the grains of the martensite / austenite packaging network, the retained austenite films will constitute from about 0.5% to about 15% by volume of the microstructure, preferably from about 3% to about 10% and, more preferably, a maximum of about 5%.

Las aleaciones de triple fase tiene una microestructura que consiste en dos tipos de granos, granos de ferrita y granos de red de empaquetamiento de martensita/austenita, condensados juntos como una masa continua. Como en las aleaciones de doble fase, el tamaño de grano individual no es crítico y puede variar ampliamente. Para los mejores resultados, los tamaños de grano generalmente tendrán diámetros (u otras dimensionescaracterísticas apropiadas) que están dentro del intervalo de aproximadamente 2 micrómetros = a aproximadamente 100 micrómetros, o preferentemente dentro del intervalo de aproximadamente 5 micrómetros a aproximadamente 30 micrómetros. La cantidad de fase ferrita respecto a la fase martensita/austenita puede variar. En la mayoría de los casos, sin embargo, los mejores resultados se obtendrán cuando los granos de martensita/austenita constituyen de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 95% de la estructura de triple fase, preferentemente de aproximadamente el 15% a aproximadamente el 60% y, más preferentemente, de aproximadamente el 20% a aproximadamente el 40%, todos en peso. The triple phase alloys have a microstructure consisting of two types of grains, ferrite grains and martensite / austenite packing net grains, condensed together as a continuous mass. As with double phase alloys, individual grain size is not critical and can vary widely. For best results, grain sizes will generally have diameters (or other appropriate characteristic dimensions) that are within the range of about 2 micrometers = to about 100 micrometers, or preferably within the range of about 5 micrometers to about 30 micrometers. The amount of ferrite phase with respect to the martensite / austenite phase may vary. In most cases, however, the best results will be obtained when martensite / austenite grains constitute from about 5% to about 95% of the triple phase structure, preferably from about 15% to about 60 % and, more preferably, from about 20% to about 40%, all by weight.

Las aleaciones de triple fase pueden prepararse combinando en primer lugar los componentes apropiados necesarios para formar una aleación de la composición deseada, empapando después para conseguir una estructura austénica uniforme con todos los elementos y componentes en solución sólida, como en la preparación de las aleaciones de doble fase descritas anteriormente. Un intervalo de la temperatura de empapado preferida es de aproximadamente 900 ºC a aproximadamente 1.170 ºC. Una vez que se forma la fase austenita, la composición de aleación se enfría a una temperatura en la región intercrítica, que está definida como la región en la que las fases austenita y ferrita coexisten en equilibrio. El enfriamiento provoca, por tanto, que una porción de la austenita se transforme en granos de ferrita, dejando el resto como austenita. Las cantidades relativas de cada una de las dos fases en equilibrio varían con la temperatura a la que la composición se enfría en esta fase y también con los niveles de los elementos de aleación. La distribución del carbón entre las dos fases (de nuevo en equilibrio) varía también con la temperatura. Las cantidades relativas de las dos fases no son críticas para la invención y pueden variar. La temperatura a la que la composición se enfría para conseguir la estructura ferrita-austenita de doble fase preferentemente está dentro del intervalo de aproximadamente 800 ºC a aproximadamente 1.000 ºC. The triple phase alloys can be prepared by first combining the appropriate components necessary to form an alloy of the desired composition, then soaking to achieve a uniform aphenic structure with all the elements and components in solid solution, as in the preparation of the alloys of double phase described above. A preferred soaking temperature range is from about 900 ° C to about 1,170 ° C. Once the austenite phase is formed, the alloy composition is cooled to a temperature in the intercritical region, which is defined as the region in which the austenite and ferrite phases coexist in equilibrium. The cooling causes, therefore, that a portion of the austenite is transformed into ferrite grains, leaving the rest as austenite. The relative amounts of each of the two equilibrium phases vary with the temperature at which the composition cools in this phase and also with the levels of the alloy elements. The distribution of coal between the two phases (again in equilibrium) also varies with temperature. The relative amounts of the two phases are not critical to the invention and may vary. The temperature at which the composition is cooled to achieve the double phase ferrite-austenite structure is preferably in the range of about 800 ° C to about 1,000 ° C.

Una vez que los cristales de ferrita y austenita se han formado (es decir, una vez que se ha conseguido el equilibrio a la temperatura seleccionada en la fase intercrítica), la aleación se inactiva rápidamente enfriando a través del intervalo de transición de martensita para convertir los cristales de austenita en la microestructura red de empaquetamiento de martensita/austenita. La velocidad de enfriamiento usada durante esta transición es suficientemente grande para evitar sustancialmente cualquier cambio en la fase ferrita y evitar la descomposición indeseable de austenita. Dependiendo de la composición de la aleación y su capacidad de endurecimiento, puede requerirse refrigeración con agua para conseguir la velocidad de enfriamiento deseada, aunque para ciertas aleaciones será suficiente enfriamiento con aire. En algunas aleaciones, en concreto de triple fase que contienen un 6% de Cr, la velocidad de enfriamiento deseada es suficientemente baja para que pueda usarse el enfriamiento con aire. Las consideraciones indicadas anteriormente en relación con las aleaciones de doble fase se aplican aquí también. Once the ferrite and austenite crystals have formed (i.e., once the equilibrium has been achieved at the selected temperature in the intercritical phase), the alloy is rapidly inactivated by cooling through the transition range of martensite to convert the austenite crystals in the microstructure martensite / austenite packing network. The cooling rate used during this transition is large enough to substantially avoid any change in the ferrite phase and prevent undesirable decomposition of austenite. Depending on the composition of the alloy and its hardening capacity, water cooling may be required to achieve the desired cooling rate, although for certain alloys air cooling will be sufficient. In some alloys, specifically triple phase containing 6% Cr, the desired cooling rate is sufficiently low so that air cooling can be used. The considerations indicated above in relation to double phase alloys apply here as well.

Las composiciones de aleación de doble fase son aquellas que contienen de aproximadamente el 0,04% a aproximadamente el 0,12% de carbono, de 0 a aproximadamente el 11,0% de cromo, de 0 a aproximadamente el 2,0% de manganeso, y de 0 a aproximadamente el 2,0% de silicio, todas en peso, siendo el resto hierro. Las composiciones de aleación de triple fase son aquellas que contienen del 0,02% a aproximadamente el 0,14% carbono, de 0 a aproximadamente el 3,0% de silicio, de 0 a aproximadamente el 1,5% de manganeso y de 0 a aproximadamente el 1,5% de aluminio, todas en peso, siendo el resto hierro. The double phase alloy compositions are those containing from about 0.04% to about 0.12% carbon, from 0 to about 11.0% chromium, from 0 to about 2.0% of manganese, and from 0 to approximately 2.0% silicon, all by weight, the rest being iron. The triple phase alloy compositions are those containing 0.02% to about 0.14% carbon, 0 to about 3.0% silicon, 0 to about 1.5% manganese and 0 to approximately 1.5% aluminum, all by weight, the rest being iron.

La formación de precipitados u otras partículas pequeñas dentro de la microestructura tras el enfriamiento se denomina colectivamente como "auto-revenido". En ciertas aplicaciones de esta invención, sean aleaciones de doble fase o de triple fase, el auto-revenido se evitará a propósito usando una velocidad de enfriamiento relativamente rápida. Las velocidades de enfriamiento mínimas que evitarán el auto-revenido son evidentes a partir del diagrama de transformación temperatura/tiempo para la aleación. En el diagrama típico, el eje vertical representa temperatura y el eje horizontal representa tiempo, mientras que las curvas en el diagrama indican las regiones donde cada fase existe por sí misma o en combinación con otras fases. Uno de estos diagramas típicos se muestra en Thomas, Patente de Estados Unidos Nº 6.273.968 B1, a la que se ha hecho referencia anteriormente. En dichos diagramas, la velocidad de enfriamiento mínima es una línea de temperatura descendente con el tiempo que se apoya en el lado izquierdo de una curva con forma de C. La región a la derecha de la curva representa la presencia de carburos y las velocidades de enfriamiento que evitan la formación de carburos son, por lo tanto, aquellas representadas por las líneas que permanecen a la izquierda de la curva. La línea que es tangencial a la curva tiene la menor pendiente y, por lo tanto, es la velocidad más lenta que puede usarse mientras que aún se evita la formación de carburo. The formation of precipitates or other small particles within the microstructure after cooling is collectively referred to as "self-tempering." In certain applications of this invention, whether double phase or triple phase alloys, self-tempering will be purposely avoided using a relatively rapid cooling rate. The minimum cooling rates that will prevent self-tempering are evident from the temperature / time transformation diagram for the alloy. In the typical diagram, the vertical axis represents temperature and the horizontal axis represents time, while the curves in the diagram indicate the regions where each phase exists by itself or in combination with other phases. One of these typical diagrams is shown in Thomas, US Patent No. 6,273,968 B1, referred to above. In these diagrams, the minimum cooling rate is a descending temperature line with the time that rests on the left side of a C-shaped curve. The region to the right of the curve represents the presence of carbides and the velocities of Cooling that prevents the formation of carbides are, therefore, those represented by the lines that remain to the left of the curve. The line that is tangential to the curve has the lowest slope and, therefore, is the slowest speed that can be used while carbide formation is still avoided.

Las expresiones "precipitación de interfase" y "precipitados de interfase" se usan en este documento para denotar la formación de pequeñas partículas de aleación en localizaciones entre las fases martensita y austenita, es decir, entre las redes y las películas finas que separan las redes. "Precipitados de interfase" no se refiere a las propias películas de austenita. Los precipitados de interfase se deben distinguir de los "precipitados de intrafase", que son precipitados localizados dentro de las redes de martensita en lugar de a lo largo de las interfases entre las redes demartensita y las películas de austenita. Los precipitados de intrafase que son de aproximadamente 500 Å o menores de diámetro no son perjudiciales para el espesor y, de hecho, pueden mejorar la tenacidad. De esta manera, el autorevenido no es necesariamente perjudicial con la condición de que el auto-revenido esté limitado a la precipitación de intrafase y no de como resultado la precipitación de interfase. La expresión "sustancialmente sin carburos" se usa en este documento para indicar que si cualquier carburo se está presente, su distribución y cantidad es tal que tiene un efecto insignificante sobre las características de rendimiento y particularmente las características de corrosión de la aleación acabada. The terms "interface precipitation" and "interface precipitates" are used herein to denote the formation of small alloy particles at locations between the martensite and austenite phases, that is, between the networks and the thin films that separate the networks. . "Interface precipitates" does not refer to austenite films themselves. Interphase precipitates should be distinguished from "intraphase precipitates," which are precipitates located within martensite networks rather than along the interfaces between demartensite networks and austenite films. Intraphase precipitates that are approximately 500 Å or smaller in diameter are not detrimental to thickness and, in fact, can improve toughness. In this way, the self-return is not necessarily detrimental with the condition that the self-tempering is limited to the intraphase precipitation and not as a result the interface precipitation. The term "substantially carbide free" is used herein to indicate that if any carbide is present, its distribution and quantity is such that it has an insignificant effect on the performance characteristics and particularly the corrosion characteristics of the finished alloy.

Dependiendo de la composición de la aleación, una velocidad de enfriamiento que sea suficientemente alta para evitar la formación de carburo o auto-revenido en general puede ser una que pueda conseguirse por enfriamiento con aire o una que requiera enfriamiento con agua. En las composiciones de aleación en las que el auto-revenido puede evitarse por enfriamiento con aire, el enfriamiento con aire aún puede realizarse cuando los niveles de ciertos elementos de aleación se reducen, con la condición de que los niveles de otros elementos de aleación se eleven. Por ejemplo, una reducción en la cantidad de carbono, cromo o silicio puede compensarse mediante la subida del nivel de manganeso. Depending on the composition of the alloy, a cooling rate that is high enough to prevent carbide formation or self-tempering in general may be one that can be achieved by air cooling or one that requires water cooling. In alloy compositions in which self-tempering can be avoided by air cooling, air cooling can still be performed when the levels of certain alloy elements are reduced, provided that the levels of other alloy elements are reduced. raise. For example, a reduction in the amount of carbon, chromium or silicon can be compensated by increasing the level of manganese.

Los procesos y condiciones expuestos en las patentes de Estados Unidos a las que se ha hecho referencia anteriormente, particularmente tratamientos térmicos, refinamientos de grano, forjados en línea y el uso de trenes de laminado para formas redondas, planas y otras, puede usarse en la práctica de la presente invención para el calentamiento de la composición de aleación a la fase austenita, el enfriamiento de la aleación desde la fase austenita a la fase intercrítica, en el caso de aleaciones de triple fase, y después el enfriamiento a través de la región de transición de martensita. El laminado se realiza de una manera controlada en una o más fases durante los procedimientos de austenización y primera fase de enfriamiento, por ejemplo para ayudar en la difusión de los elementos de aleación para formar una fase cristalina de austenita homogénea y después deformar los granos cristalinos y almacenar la energía de tensión en los granos, mientras que en la segunda fase de enfriamiento, el laminado puede servir para guiar la fase martensita recién formada a la disposición de red de empaquetamiento de red de martensita separada por películas finas de austenita retenida. El grado de reducciones de laminado puede variar y será fácilmente evidente para los expertos en la materia. En los cristales de la red de empaquetamiento de martensita/austenita, las películas de austenita retenida constituirán de aproximadamente el 0,5% a aproximadamente el 15% en volumen de la microestructura, preferentemente de aproximadamente el 3% a aproximadamente el 10% y, más preferentemente, un máximo de aproximadamente el 5%. La proporción de austenita respecto a toda la microestructura de triple fase será un máximo de aproximadamente el 5%. La anchura real de una película de austenita retenida individual preferentemente está dentro del intervalo de aproximadamente50 Å a aproximadamente 250 Å y preferentemente es de aproximadamente 100 Å. La proporción de austenita respecto a la microestructura de triple fase total será en general, como máximo, aproximadamente el 5%. El laminado analizado en este párrafo debe distinguirse del trabajado en frío que se realiza de acuerdo con esta invención después de que las microestructuras de red de empaquetamiento de martensita/austenita, sean de doble fase o parte de una estructura de triple fase, se hayan formado. The processes and conditions set forth in United States patents referred to above, particularly heat treatments, grain refinements, forged in line and the use of rolling mills for round, flat and other shapes, can be used in the practice of the present invention for the heating of the alloy composition to the austenite phase, the cooling of the alloy from the austenite phase to the intercritical phase, in the case of triple phase alloys, and then the cooling through the region of transition of martensite. The laminate is carried out in a controlled manner in one or more phases during austenization procedures and the first cooling phase, for example to aid in the diffusion of the alloy elements to form a homogeneous crystalline phase of austenite and then deform the crystalline grains. and storing the tension energy in the grains, while in the second cooling phase, the laminate can serve to guide the newly formed martensite phase to the martensite net packing network arrangement separated by thin films of retained austenite. The degree of rolling reductions may vary and will be readily apparent to those skilled in the art. In crystals of the martensite / austenite packaging network, the retained austenite films will constitute from about 0.5% to about 15% by volume of the microstructure, preferably from about 3% to about 10% and, more preferably, a maximum of about 5%. The proportion of austenite with respect to the entire triple phase microstructure will be a maximum of approximately 5%. The actual width of an individual retained austenite film is preferably in the range of about 50 Å to about 250 Å and preferably is about 100 Å. The proportion of austenite with respect to the total triple phase microstructure will generally be, at most, approximately 5%. The laminate analyzed in this paragraph must be distinguished from the cold-work performed in accordance with this invention after the martensite / austenite packing network microstructures, are double phase or part of a triple phase structure, have been formed .

Los siguientes ejemplos se ofrecen únicamente a modo de ilustración. The following examples are offered by way of illustration only.

EJEMPLO 1 EXAMPLE 1

Este ejemplo ilustra la deformación de una barra de acero al carbono con una microestructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita mediante un proceso de laminado en frío de acuerdo con la presente invención hasta una reducción de área del 99%. This example illustrates the deformation of a carbon steel rod with a microstructure of martensite / austenite packing net by a cold rolling process according to the present invention up to a 99% area reduction.

5 El experimento mostrado en este ejemplo se realizó sobre una barra de acero que medía 6 mm de diámetro y que tenía una composición de aleación de 0,1% de carbono, 2,0% de silicio y 0,5% cromo, 0,5% de manganeso, todos en peso, y el resto hierro, con una microestructura que consistía en granos que medían aproximadamente 50 (micrómetros), consistiendo cada grano en redes de martensita que medían aproximadamente 100 nm de espesor alternando con películas finas de austenita que medían aproximadamente 10 nm de espesor, sin fases ferrita, y cada 5 The experiment shown in this example was carried out on a steel bar measuring 6 mm in diameter and having an alloy composition of 0.1% carbon, 2.0% silicon and 0.5% chromium, 0, 5% manganese, all by weight, and the rest iron, with a microstructure consisting of grains measuring approximately 50 (micrometers), each grain consisting of martensite nets measuring approximately 100 nm thick alternating with thin austenite films that They measured approximately 10 nm thick, without ferrite phases, and each

10 grano estaba rodeado por un revestimiento de austenita que medía aproximadamente 10 nm de espesor. The grain was surrounded by an austenite coating that measured approximately 10 nm thick.

La barra se preparó por el método descrito en la Solicitud de Patente de Estados Unidos en trámite junto con la presente con Nº de serie 10/017.879, presentada el 14 de diciembre de 2001, a la que se ha hecho referencia anteriormente. The bar was prepared by the method described in the United States Patent Application being processed together with the present with Serial No. 10 / 017,879, filed on December 14, 2001, referred to above.

La barra de acero no recubierta se limpió superficialmente y se lubricó, después se estiró en frío a través de The uncoated steel bar was superficially cleaned and lubricated, then cold stretched through

15 troqueles lubricados en 15 pasadas a una temperatura de 25 ºC a un diámetro de 0,0095 pulgadas (0,024 cm). A un diámetro de cable final de 0,0105 pulgadas (0,027 cm), que representaba una reducción de área total del 99%, el cable tenía una resistencia a tracción de 390 ksi (2690 MPa). 15 dies lubricated in 15 passes at a temperature of 25 ° C to a diameter of 0.0095 inches (0.024 cm). At a final cable diameter of 0.0105 inches (0.027 cm), which represented a 99% total area reduction, the cable had a tensile strength of 390 ksi (2690 MPa).

EJEMPLO 2 EXAMPLE 2

Este ejemplo es otra ilustración del trabajo en frío de las barras de acero al carbono con microestructuras de red de This example is another illustration of the cold work of carbon steel bars with network microstructures of

20 empaquetamiento de martensita/austenita de acuerdo con la presente invención. En este ejemplo, se usaron dos aleaciones diferentes, Fe/8Cr/0,05C y Fe/2Si/0,1C, con una microestructura que consistía en granos que medían aproximadamente 50 m (micrómetros) de diámetro, consistiendo cada grano en redes de martensita que medían aproximadamente 150 nm de espesor alternando con películas finas de austenita que medían aproximadamente 10 nm de espesor, sin fases ferrita significativas, estando rodeado cada grano por un revestimiento de austenita que 20 martensite / austenite packaging according to the present invention. In this example, two different alloys, Fe / 8Cr / 0.05C and Fe / 2Si / 0.1C, were used with a microstructure consisting of grains measuring approximately 50 m (micrometers) in diameter, each grain consisting of martensite networks measuring approximately 150 nm thick alternating with thin austenite films measuring approximately 10 nm thick, without significant ferrite phases, each grain being surrounded by a coating of austenite that

25 medía aproximadamente 10 nm de espesor. 25 measured approximately 10 nm thick.

Las barras de hierro eran de 6 mm de diámetro y su superficie se limpió y lubricó, después se estiraron en frío a través de troqueles lubricados en una serie de pasadas a una temperatura de 25 ºC. El esquema de estirado mostrado en la Tabla 1 se usó para la aleación Fe/8Cr/0,05C, y un esquema de estilado similar se usó para la aleación Fe/2Si/0,1C. En esta tabla, Ao representa el diámetro de barra inicial y A es el diámetro de barra después The iron bars were 6 mm in diameter and their surface was cleaned and lubricated, then they were cold drawn through lubricated dies in a series of passes at a temperature of 25 ° C. The drawing scheme shown in Table 1 was used for the Fe / 8Cr / 0.05C alloy, and a similar styling scheme was used for the Fe / 2Si / 0.1C alloy. In this table, Ao represents the initial bar diameter and A is the bar diameter after

30 de una pasada particular. 30 of a particular pass.

TABLA I TABLE I

Esquema de Estirado para Fe/8Cr/0,05C con una Microestructura de Red de Empaquetamiento de Martensita Sustancialmente Libre de Ferrita Stretching Scheme for Fe / 8Cr / 0.05C with a Substantially Free Ferrite Packing Network Microstructure

Nº de pasada No. of pass
Diámetro (mm) Tensión Total Verdadera (In(A/Ao)) Reducción de Área en Una Sola Pasada (%) Reducción de Área Total (%) Diameter (mm) Total Total Voltage (In (A / Ao)) Reduction of Area in a Single Pass (%) Total Area Reduction (%)

(inicial) (initial)
6,000 0,0 0,0 0,0 6,000 0.0 0.0 0.0

1 one
4,3 0,7 48,2 48,2 4.3 0.7 48.2 48.2

2 2
3,4 1,1 37,0 67,3 3.4 1.1 37.0 67.3

3 3
2,7 1,6 37,1 79,4 2.7 1.6 37.1 79.4

4 4
2,2 2,0 34,0 86,4 2.2 2.0 34.0 86.4

5 5
1,8 2,5 36,6 91,4 1.8 2.5 36.6 91.4

6 6
1,4 2,9 38,5 94,7 1.4 2.9 38.5 94.7

7 7
1,0 3,5 45,4 97,1 1.0 3.5 45.4 97.1

Las resistencias a tracción se midieron en la barra inicial y después de cada pasada, y los resultados se representan frente a la tensión total verdadera en la Figura 1, en la que los cuadrados representan la aleación de Fe/8Cr/0,05C y 35 los rombos representan la aleación Fe/2Si/0,1C. La Figura muestra que las resistencias a tracción de ambas aleaciones alcanzan 2.000 MPa al final de toda la secuencia de estirado a una reducción de área total del 97%. Tensile strengths were measured at the initial bar and after each pass, and the results are plotted against the true total tension in Figure 1, in which the squares represent the alloy of Fe / 8Cr / 0.05C and 35 the diamonds represent the alloy Fe / 2Si / 0,1C. The Figure shows that the tensile strengths of both alloys reach 2,000 MPa at the end of the entire stretching sequence at a total area reduction of 97%.

EJEMPLO 3 EXAMPLE 3

Este ejemplo ilustra el trabajado en frío de acuerdo con la presente invención, usando barras de acero al carbono con microestructuras de red de empaquetamiento de martensita/austenita que contenían cristales de ferrita y una tercera fase (además de las redes de martensita y las películas finas de austenita, es decir, una microestructura This example illustrates cold working according to the present invention, using carbon steel bars with microstructures of martensite / austenite packing net containing ferrite crystals and a third phase (in addition to martensite nets and thin films of austenite, that is, a microstructure

5 trifásica). 5 three phase).

En este ejemplo, la aleación era Fe/2Si/0,1C, con una microestructura que consistía en ferrita condensada con granos de la red de empaquetamiento similares a aquellos descritos anteriormente en los Ejemplos 1 y 2, que contenían redes de martensita alternadas con películas finas de austenita y recubiertas en un revestimiento de austenita. Las barras se prepararon mediante el método descrito en la Patente de Estados Unidos con Nº de In this example, the alloy was Fe / 2Si / 0.1C, with a microstructure consisting of condensed ferrite with grains of the packing net similar to those described above in Examples 1 and 2, which contained martensite networks alternated with films thin austenite and coated in an austenite coating. The bars were prepared by the method described in US Pat. No.

10 Solicitud 10/017.847, presentada el 14 de diciembre de 2001, a la que se ha hecho referencia anteriormente, usando una temperatura de recalentamiento de 950 ºC para conseguir un contenido de ferrita del 70% en volumen de la microestructura. El diámetro de barra inicial era 0,220 pulgadas (5,59 mm), y el trabajado en frío consistía en estirar las barras a través de troqueles cónicos lubricados a una temperatura de 25 ºC en 15 pasadas con aproximadamente un 36% de reducción por pasada, hasta un diámetro final de 0,037 pulgadas (0,94 mm). 10 Application 10 / 017,847, filed on December 14, 2001, referred to above, using a reheating temperature of 950 ° C to achieve a ferrite content of 70% by volume of the microstructure. The initial bar diameter was 0.220 inches (5.59 mm), and cold work consisted of stretching the bars through lubricated conical dies at a temperature of 25 ° C in 15 passes with approximately 36% reduction per pass, up to a final diameter of 0.037 inches (0.94 mm).

15 El esquema de estirado se muestra en la Tabla II, en la que Ao representa el diámetro de barra inicial y A es el diámetro de barra después de una pasada particular. The drawing scheme is shown in Table II, in which Ao represents the initial bar diameter and A is the bar diameter after a particular pass.

Tabla II Table II

Esquema de Estirado para Fe/2Cr/0,1C con Microestructura de Triple Fase Drawing scheme for Fe / 2Cr / 0.1C with Triple Phase Microstructure

Nº de Pasada No. of Pass
Diámetro (mm) Tensión Total Verdadera (ln (A/Ao) Reducción de Área en una Sola Pasada (%) Reducción de Área Total (%) Diameter (mm) Total Total Voltage (ln (Y / Y) Reduction of Area in a Single Pass (%) Total Area Reduction (%)

(inicial) (initial)
6,050 0,00 0,00 0,00 6,050 0.00 0.00 0.00

1 one
4,580 0,56 42,69 42,69 4,580 0.56 42.69 42.69

2 2
3,650 1,01 36,49 63,60 3,650 1.01 36.49 63.60

3 3
2,910 1,46 36,44 76,86 2,910 1.46 36.44 76.86

4 4
2,320 1,92 36,44 85,29 2,320 1.92 36.44 85.29

5 5
1,870 2,35 35,03 90,45 1,870 2.35 35.03 90.45

6 6
1,660 2,59 21,20 92,47 1,660 2.59 21.20 92.47

7 7
1,320 3,04 36,77 95,24 1,320 3.04 36.77 95.24

8 8
1,090 3,43 31,81 96,75 1,090 3.43 31.81 96.75

9 9
0,910 3,79 30,30 97,74 0.910 3.79 30.30 97.74

10 10
0,756 4,16 30,98 98,44 0.756 4.16 30.98 98.44

11 eleven
0,624 4,54 31,87 98,94 0.624 4.54 31.87 98.94

12 12
0,526 4,89 28,94 99,24 0.526 4.89 28.94 99.24

13 13
0,437 5,26 30,98 99,48 0.437 5.26 30.98 99.48

14 14
0,390 5,48 20,35 99,58 0.390 5.48 20.35 99.58

15 fifteen
0,359 5,65 15,27 99,65 0.359 5.65 15.27 99.65

La resistencia a tracción del cable final era 2760 MPa (400 ksi). The tensile strength of the final cable was 2760 MPa (400 ksi).

20 EJEMPLO 4 20 EXAMPLE 4

Este ejemplo es una ilustración adicional del trabajo en frío de barras de acero al carbono cuya microestructura consistía en una red de empaquetamiento de martensita/austenita y cristales de ferrita, de acuerdo con la presente invención. This example is a further illustration of the cold work of carbon steel bars whose microstructure consisted of a martensite / austenite and ferrite crystals packing network, in accordance with the present invention.

En este ejemplo, la aleación era Fe/2Si/0,1C como en el Ejemplo 3, con una microestructura que consistía en ferrita condensada con granos de red de empaquetamiento similares a aquellos descritos anteriormente en los Ejemplos 1 y 2, que contenían redes de martensita alternas con películas finas de austenita y rodeadas por un revestimiento de austenita. Una barra de esta composición se preparó por el método general descrito en la Patente de Estados Unidos con Nº de Solicitud 10/017.847, presentada el 14 de diciembre de 2001, a la que se ha hecho referencia anteriormente. En este caso, la barra se laminó en caliente inicialmente a un diámetro de 0,25 pulgadas (6,35 mm), después se calentó a 1.150 ºC durante aproximadamente 30 minutos para austenizar la composición, después se inactivó en salmuera enfriada con hielo para transformar la austenita en sustancialmente 100% de martensita, después se recalentó rápidamente para convertir la estructura en aproximadamente 70% de ferrita y 30% de austenita. La barra se inactivó después en salmuera enfriada con hielo para convertir la austenita en una estructura de red de empaquetamiento de martensita/austenita. La barra se estiró en frío después en 7 pasadas a una reducción del 35% por pasada, hasta un diámetro final de 0,055 pulgadas (1,40 mm), dando como resultado una resistencia a tracción de 1.875 MPa (272 ksi). En un experimento en paralelo, una barra de la misma composición y tratada de manera idéntica se estiró en frío en 13 pasadas a una reducción del 35% por pasada, hasta un diámetro final de 0,015 pulgadas (0,37 mm), dando como resultado una resistencia de 2.480 MPa (360 ksi). In this example, the alloy was Fe / 2Si / 0.1C as in Example 3, with a microstructure consisting of condensed ferrite with packing net grains similar to those described above in Examples 1 and 2, which contained networks of Alternate martensite with thin austenite films and surrounded by an austenite coating. A bar of this composition was prepared by the general method described in US Pat. No. Application 10 / 017,847, filed on December 14, 2001, referred to above. In this case, the bar was initially hot rolled to a diameter of 0.25 inches (6.35 mm), then heated at 1,150 ° C for approximately 30 minutes to austenize the composition, then quenched in ice-cold brine to transform the austenite into substantially 100% martensite, then quickly reheated to convert the structure to approximately 70% ferrite and 30% austenite. The bar was then quenched in ice-cold brine to convert the austenite into a martensite / austenite packing net structure. The bar was cold stretched after 7 passes at a 35% reduction per pass, to a final diameter of 0.055 inches (1.40 mm), resulting in a tensile strength of 1,875 MPa (272 ksi). In a parallel experiment, a bar of the same composition and treated identically was cold drawn in 13 passes at a 35% reduction per pass, to a final diameter of 0.015 inches (0.37 mm), resulting in a resistance of 2,480 MPa (360 ksi).

EJEMPLO 5 EXAMPLE 5

Este ejemplo es una ilustración adicional más del trabajado en frío de las barras de acero al carbono cuya microestructura consistía en una red de empaquetamiento de martensita/austenita y cristales de ferrita, de acuerdo con la presente invención, demostrando el efecto de variar las cantidades relativas de la red de empaquetamiento de martensita/austenita y ferrita. This example is a further illustration of the cold working of carbon steel bars whose microstructure consisted of a martensite / austenite and ferrite crystals packing network, in accordance with the present invention, demonstrating the effect of varying relative quantities. of the martensite / austenite and ferrite packing network.

La aleación de acero era Fe/2Si/0,1C como los Ejemplo 3 y 4, y las barras se prepararon como se ha descrito en el Ejemplo 4, usando diferentes temperaturas de recalentamiento para conseguir contenidos de ferrita del 0%, 56%, 66% y 75%, correspondientes a contenidos de red de empaquetamiento de martensita/austenita del 100%, 44%, 35% y 25% respectivamente, todos en volumen. Los esquemas de estirado similares al mostrado en la Tabla II se usaron para las cuatro microestructuras y las resistencias a tracción resultantes se dibujan contra la tensión total verdadera en la Figura 2, en la que los cuadrados representan aleación de red de empaquetamiento al 100%, los triángulos representan aleación de red de empaquetamiento al 44%, los círculos representan aleación de red de empaquetamiento al 34%, y los rombos representan aleación de red de empaquetamiento al 25%. El dibujo muestra que las cuatro microestructuras consiguieron una resistencia a tracción bastante por encima de 2.000 MPa, y aquellas en las que las porciones de red de empaquetamiento de martensita/austenita superaron el 25% producían mayores resistencias a tracción que la microestructura en la que la porción de red de empaquetamiento era del 25%. The steel alloy was Fe / 2Si / 0.1C as Examples 3 and 4, and the bars were prepared as described in Example 4, using different reheating temperatures to achieve ferrite contents of 0%, 56%, 66% and 75%, corresponding to contents of martensite / austenite packing network of 100%, 44%, 35% and 25% respectively, all in volume. Stretching schemes similar to those shown in Table II were used for the four microstructures and the resulting tensile strengths are drawn against the true total tension in Figure 2, in which the squares represent 100% packing net alloy, the triangles represent 44% packing net alloy, the circles represent 34% packing net alloy, and the rhombuses represent 25% packing net alloy. The drawing shows that the four microstructures achieved a tensile strength well above 2,000 MPa, and those in which the portions of martensite / austenite packing net exceeded 25% produced greater tensile strengths than the microstructure in which the portion of packing net was 25%.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Un proceso para fabricar una aleación de acero al carbono de alta resistencia y alta ductilidad, comprendiendo dicho proceso: 1. A process for manufacturing a high strength and high ductility carbon steel alloy, said process comprising:
(a)(to)
formar una aleación de acero al carbono que tenga una microestructura que comprende redes de martensita alternadas con películas de austenita retenida, y  forming a carbon steel alloy having a microstructure comprising martensite networks alternated with retained austenite films, and
(b)(b)
trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono en una serie de pasadas sin tratamiento térmico intermedio entre las pasadas hasta una reducción suficiente para conseguir una resistencia a tracción de al menos 1034 MPa (150 ksi),  cold work said carbon steel alloy in a series of passes without intermediate heat treatment between passes to a sufficient reduction to achieve a tensile strength of at least 1034 MPa (150 ksi),
en la que la etapa (a) comprende: in which step (a) comprises:
(i)(i)
formar una composición de aleación de acero al carbono que tenga una temperatura de inicio de martensita de al menos 300 ºC,  forming a carbon steel alloy composition having a martensite starting temperature of at least 300 ° C,
(ii) (ii)
calentar dicha composición de aleación de acero al carbono a una temperatura suficientemente alta para provocar la austenización de la misma, para producir una fase austenita homogénea con todos los elementos de aleación en solución, y heating said carbon steel alloy composition to a temperature high enough to cause austenization thereof, to produce a homogeneous austenite phase with all alloy elements in solution, and
(iii) enfriar dicha fase austenita homogénea a través de dicho intervalo de transición de martensita a una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida para conseguir dicha microestructura, evitando la formación de carburo en las interfaces entre dichas redes de martensita y dichas películas de austenita retenida, (iii) cooling said homogeneous austenite phase through said martensite transition interval at a sufficiently rapid cooling rate to achieve said microstructure, avoiding carbide formation at the interfaces between said martensite networks and said retained austenite films, en el que dicha composición de la aleación de acero al carbono contiene del 0,004% al 0,12% de carbono, del 0% al 11% de cromo, del 0% al 2,0% de manganeso y del 0% al 2,0% de silicio, todos en peso, siendo el resto hierro junto con cualquier impureza inevitable. wherein said carbon steel alloy composition contains from 0.004% to 0.12% carbon, 0% to 11% chromium, 0% to 2.0% manganese and 0% to 2, 0% silicon, all by weight, the rest being iron along with any inevitable impurity.
2. Un proceso para fabricar una aleación de acero al carbono de alta resistencia y alta ductilidad, comprendiendo dicho proceso: 2. A process for manufacturing a high strength and high ductility carbon steel alloy, said process comprising:
(a)(to)
formar la aleación de acero al carbono que tenga una microestructura que comprende redes de martensita alternas con películas de austenita retenida, y  forming the carbon steel alloy having a microstructure comprising alternate martensite nets with retained austenite films, and
(b)(b)
trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono en una serie de pasadas sin tratamiento térmico intermedio entre pasadas a una reducción suficiente para conseguir una resistencia a tracción de al menos  cold work said carbon steel alloy in a series of passes without intermediate heat treatment between passes at a sufficient reduction to achieve a tensile strength of at least
1.034 MPa (150 ksi),  1,034 MPa (150 ksi), en el que la etapa (a) comprende: in which step (a) comprises:
(i)(i)
formar una composición de aleación de acero al carbono que tiene una temperatura de inicio de martensita de al menos 300 ºC,  forming a carbon steel alloy composition having a martensite starting temperature of at least 300 ° C,
(ii) (ii)
calentar dicha composición de aleación de acero al carbono a una temperatura suficientemente alta para provocar la austenización de la misma, para producir una fase austenita homogénea con todos los elementos de aleación en solución, heating said carbon steel alloy composition to a temperature high enough to cause austenization thereof, to produce a homogeneous austenite phase with all alloy elements in solution,
(iii) enfriar dicha fase austenita homogénea para transformar una porción de dicha fase austenita en cristales de ferrita, formando de esta manera una microestructura bifásica que comprende cristales de ferrita condensados con cristales de austenita, y (iii) cooling said homogeneous austenite phase to transform a portion of said austenite phase into ferrite crystals, thereby forming a biphasic microstructure comprising ferrite crystals fused with austenite crystals, and (iv) enfriar dicha microestructura bifásica a través del intervalo de transición de martensita en condiciones que provocan la conversión de dichos cristales de austenita a una microestructura que contiene redes de martensita alternas con películas de austenita retenida, (iv) cooling said biphasic microstructure through the transition interval of martensite under conditions that cause the conversion of said austenite crystals to a microstructure containing alternate martensite networks with retained austenite films, en el que dicha composición de aleación de acero al carbono contiene del 0,02% al 0,14% de carbono, del 0% al 3,0% de silicio, del 0% al 1,5% de manganeso y del 0% al 1,5% de aluminio, todos en peso, siendo el resto hierro junto con cualquier impureza inevitable. wherein said carbon steel alloy composition contains 0.02% to 0.14% carbon, 0% to 3.0% silicon, 0% to 1.5% manganese and 0% 1.5% aluminum, all by weight, the rest being iron along with any inevitable impurity.
3.3.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) comprende trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono hasta una reducción suficiente para conseguir una resistencia a tracción de 1034 MPa (150 ksi) a 3447 MPa (500 ksi).  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) comprises cold working said carbon steel alloy to a sufficient reduction to achieve a tensile strength of 1034 MPa (150 ksi) at 3447 MPa (500 ksi).
4.Four.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) comprende trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono hasta una reducción del área de la sección transversal de al menos el 20% por pasada.  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) comprises working said carbon steel alloy cold to a reduction of the cross-sectional area of at least 20% per pass.
5.5.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) comprende trabajar en  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) comprises working in
frío dicha aleación de acero hasta una reducción del área de la sección transversal de al menos el 25% por pasada. cold said steel alloy to a reduction of the cross-sectional area of at least 25% per pass.
6.6.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) comprende trabajar en frío dicha aleación de acero al carbono hasta una reducción del área de la sección transversal del 25% al 50% por pasada.  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) comprises working said carbon steel alloy cold to a reduction of the cross-sectional area from 25% to 50% per pass.
7.7.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) se realiza a una temperatura de 100 ºC o menor.  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) is performed at a temperature of 100 ° C or less.
8.8.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que la etapa (b) se realiza a una temperatura ambiente de 25 ºC.  A process according to claim 1 or claim 2 wherein step (b) is performed at an ambient temperature of 25 ° C.
9.9.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que dicha aleación de acero al carbono está en forma de una barra o cable, y la etapa (b) comprende estirar dicha aleación de acero al carbono a través de un troquel.  A process according to claim 1 or claim 2 wherein said carbon steel alloy is in the form of a bar or cable, and step (b) comprises stretching said carbon steel alloy through a die.
10. 10.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que dicha aleación de acero al carbono está en forma de una lámina, y la etapa (b) comprende laminar dicha aleación de acero al carbono. A process according to claim 1 or claim 2 wherein said carbon steel alloy is in the form of a sheet, and step (b) comprises laminating said carbon steel alloy.
11. eleven.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en la que dicha composición de la aleación de acero al carbono tiene una temperatura de inicio de martensita de al menos 350 ºC. A process according to claim 1 wherein said carbon steel alloy composition has a martensite starting temperature of at least 350 ° C.
12.12.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas películas de austenita retenida son de una orientación uniforme.  A process according to claim 1, wherein said retained austenite films are of a uniform orientation.
13.13.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 en el que dicha temperatura de la etapa (ii) es de 800 ºC a 1150 ºC.  A process according to claim 1 wherein said temperature of step (ii) is 800 ° C to 1150 ° C.
14.14.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2 en el que la etapa (iii) comprende enfriar dicha fase austenita homogénea hasta una temperatura de 800 ºC a 1.000 ºC.  A process according to claim 2 wherein step (iii) comprises cooling said homogeneous austenite phase to a temperature of 800 ° C to 1,000 ° C.
15.fifteen.
Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2 en el que la etapa (ii) comprende calentar dicha composición de aleación de acero al carbono hasta una temperatura de 1.050 ºC a 1.170 ºC, y la epata (iii) comprende enfriar dicha fase austenita homogénea a una temperatura de 800 ºC a 1.000 ºC.  A process according to claim 2 wherein step (ii) comprises heating said carbon steel alloy composition to a temperature of 1,050 ° C to 1,170 ° C, and epata (iii) comprises cooling said homogeneous austenite phase to a temperature of 800 ° C to 1,000 ° C.
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