ES2626594T3 - Procedimiento de fabricación de láminas de acero austenítico de hierro-carbono-manganeso, de alta resistencia, excelente tenacidad y aptitud para la conformación en frío, y láminas así producidas - Google Patents

Procedimiento de fabricación de láminas de acero austenítico de hierro-carbono-manganeso, de alta resistencia, excelente tenacidad y aptitud para la conformación en frío, y láminas así producidas Download PDF

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Abstract

Lámina laminada en caliente de acero austenítico de hierro-carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 900 MPa, en cuyo producto (resistencia (MPa) x elongación a la rotura (%)) es superior a 45.000, cuya composición química comprende, con los contenidos expresados en peso: 0,5% <= C <= 0,7% 17% <= Mn <= 24% Si <= 3% Al <= 0,050% S <= 0,030% P <= 0,080% N <= 0,1% y opcionalmente, uno o varios elementos tales que Cr <= 1% Mo <= 0,40% Ni <= 1% Cu <= 5% Ti <= 0,50% Nb <= 0,50% V <= 0,50%, estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboración, siendo la fracción recristalizada del acero superior al 75%, siendo la fracción de superficie de carburos precipitados del acero inferior al 1,5%, siendo el tamaño medio del grano del acero inferior a 18 micrómetros.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento de fabricacion de laminas de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso, de alta resistencia, excelente tenacidad y aptitud para la conformacion en frlo, y laminas as! producidas 5
[0001] La invencion se refiere a la fabricacion de laminas laminadas en caliente y en frlo de aceros austenlticos de hierro-carbono-manganeso que presentan caracterlsticas mecanicas muy altas, y en particular una combinacion de resistencia mecanica y de elongacion a la rotura especialmente ventajosa, una excelente aptitud para la conformacion y una resistencia elevada a la rotura en presencia de defectos o de concentration de
10 esfuerzos.
[0002] Se sabe que algunas aplicaciones, en particular en el ambito automovillstico, requieren un aligeramiento y una resistencia incrementados de las estructuras metalicas en caso de golpe, as! como una buena aptitud para la embuticion: para esto se necesita emplear materiales estructurales que combinan una resistencia
15 elevada a la rotura y una gran capacidad para la deformation. En el caso de laminas laminadas en caliente, es decir, de grosor comprendido entre 0,6 y 10 mm, estas caracterlsticas se aprovechan para la fabricacion de piezas de union al suelo o de ruedas, de piezas de refuerzo tales como las barras anti-intrusion de puertas, o destinadas a vehlculos pesados (camiones, autobuses). En el caso de laminas laminadas en frlo (comprendido entre 0,2 mm y 4 mm), las aplicaciones persiguen la fabricacion de largueros que absorben la energla de deformacion o de soportes 20 de motor o incluso de piezas de carrocerla. Sin embargo, la resistencia a la rotura y la capacidad para la deformacion son propiedades antagonistas, aun cuando en general no sea posible obtener valores muy elevados para una de las propiedades sin reducir drasticamente la otra. Sin embargo, se han realizado avances durante estos ultimos anos para intentar responder de modo optimo a estas exigencias, en particular gracias al desarrollo de aceros llamados «TRIP» (Transformation Induced Plasticity): en un nivel de resistencia de 900 MPa, este tipo de 25 aceros no permite sin embargo obtener una tasa de elongacion superior al 25%. Si estas caracterlsticas pueden ser satisfactorias para un cierto numero de aplicaciones, siguen siendo no obstante insuficientes en el caso en que se desee un aligeramiento adicional, y en condiciones de tensiones severas tales como las que se encuentran durante las colisiones automovillsticas.
30 [0003] Se conocen ademas aceros austenlticos Fe-C(O al 1,5%)-Mn(15 al 35%)-Cr(0 al 20%)-Al(0,1 al 10%)-
Si(0 al 4%) que combinan una buena resistencia y una excelente ductilidad: El modo de deformacion de estos aceros depende solo de la energla de defecto de apilamiento («EDE»): entre estos modos, el maclado mecanico permite obtener una gran capacidad de endurecimiento. Al oponerse a la propagation de las dislocaciones, las maclas participan as! en el aumento del llmite de fluencia. El mecanismo de deformacion por maclado se ve 35 favorecido por el aumento de la energla de defecto de apilamiento, hasta un llmite (aproximadamente 30 mJ/m2) por encima del cual el deslizamiento de las dislocaciones perfectas se convierte en el mecanismo de deformacion dominante. La EDE aumenta con el contenido de carbono, en manganeso y en aluminio. La patente EP-0.573.641 describe un acero austenltico laminado en caliente o en frlo, que comprende menos del 1,5% de C, el 15-35% de Mn, el 0,1-6% de aluminio, cuya resistencia es superior a 490 MPa y la elongacion superior al 40% a temperatura 40 ambiente.
[0004] Sin embargo, el laminado de este tipo de composiciones necesita precauciones especiales para evitar
la formation de defectos.
45 [0005] Existe asimismo una necesidad no resuelta de disponer de laminas de acero que presentan
combinaciones (resistencia-elongacion a la rotura) todavla mas favorables, limitando el contenido de elementos de aleacion costosos.
[0006] El documento EP-1.067.203 describe un procedimiento de production de bandas de aleacion hierro- 50 carbono-manganeso, segun el cual: se vierte en una maquina de colada una banda fina de 1,5 a 10 mm de grosor
directamente a partir de un metal llquido de composition en porcentajes ponderales: C comprendido entre el 0,001 y el 1,6%; Mn comprendido entre el 6 y el 30%; Si < 2,5%; Al < 6%; Cr < 10% y con (Mn + Ni + As) < 0,2%; (S + Se + Te) < 0,5%; (V + Ti + Nb + B + Zr + tierras raras) < 3%; (Mo + W) < 0,5%; N < 0,3%; Cu < 5%, siendo el resto hierro e impurezas que proceden de la elaboration; se lamina en frlo dicha banda a una tasa de reduction comprendida 55 entre el 10 y el 90% en una o varias etapas; y se efectua un templado de recristalizacion de dicha banda. La invencion se refiere igualmente a una banda que puede ser producida por este procedimiento.
[0007] Ademas, la experiencia demuestra que a pesar de los valores favorables de elongacion en traction uniaxial, la conformacion en frlo (embuticion, plegado mas o menos complejo) puede plantear dificultades en
algunos casos.
[0008] Ademas, al incluir las piezas realizadas a partir de estas laminas muy a menudo zonas
correspondientes a concentraciones de esfuerzos, existe una necesidad importante de disponer de aceros de 5 tenacidad elevada, es decir, cuya resistencia a la rotura o al desgarro en presencia de defectos es importante, en
particular en caso de tension dinamica. Esta propiedad debe tenerse tanto mas en consideration cuando las
aplicaciones de estas clases de acero, por ejemplo en los automoviles, se refieren precisamente a zonas muy sometidas a tension y/o a piezas de seguridad.
10 [0009] El objeto de la invention es as! disponer de una lamina o de un producto de acero laminado en
caliente o en frlo, de fabrication economica, que presenta una resistencia superior a 900 MPa despues del laminado
en caliente, superior a 950 MPa y despues del laminado en frlo, una combination resistencia-elongacion a la rotura tal que el producto P = resistencia (expresado en MPa) x elongation a la rotura (en %), sea superior a 45.000, facilmente laminable en caliente, especialmente apto para la conformation en frlo, y que presenta una tenacidad
15 muy aceptable en condiciones de tension estatica o dinamica.
[0010] Para este fin, la invencion tiene por objeto una lamina laminada en caliente de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 900 MPa, cuyo producto (resistencia (MPa) x elongacion a la rotura (%)) es superior a 45.000, cuya composition qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso:
20 0,5% < C < 0,7%, 17% < Mn < 24%, Si < 3%, Al < 0,050%, S < 0,030%, P < 0,080%, N < 0,1%, y opcionalmente, uno o varios elementos tales que Cr < 1%, Mo < 0,40%, Ni < 1%, Cu < 5%, Ti < 0,50%, Nb < 0,50%, V < 0,50%, estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboration, siendo la fraction recristalizada del acero superior al 75%, siendo la fraction de superficie de carburos precipitados del acero inferior al 1,5%, siendo el tamano medio del grano del acero inferior a 18 micrometros.
25
[0011] La invencion tiene igualmente por objeto una lamina laminada en caliente de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 900 MPa, cuyo producto (resistencia (MPa) x elongacion a la rotura (%)) es superior a 60.000, cuya composicion qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso: 0,5% < C < 0,7%, 17% < Mn < 24%, Si < 3%, Al < 0,050%, S < 0,030%, P < 0,080%, N < 0,1%, y opcionalmente, uno
30 o varios elementos tales que Cr < 1%, Mo < 0,40%, Ni < 1%, Cu < 5%, Ti < 0,50%, Nb < 0,50%, V < 0,50%, estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboracion, siendo la fraccion recristalizada del acero igual al 100%, siendo la fraccion de superficie de carburos precipitados del acero igual al 0%, siendo el tamano medio del grano del acero inferior a 10 micrometros.
35 [0012] La invencion tiene igualmente por objeto un procedimiento de fabricacion de una lamina laminada en
caliente de acero hierro-carbono-manganeso segun el cual se elabora un acero cuya composicion qulmica
comprende, con los contenidos expresados en peso: 0,5% < C < 0,7%, 17% < Mn < 24%, Si < 3%, Al < 0,050%, S < 0,030%, P < 0,080%, N < 0,1%, y opcionalmente, uno o varios elementos tales que Cr < 1%, Mo < 0,40%, Ni < 1%, Cu < 5%, Ti < 0,50%, Nb < 0,50%, V < 0,50%, estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas
40 inevitables que proceden de la elaboracion, se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero, se
lleva el semiproducto de dicha composicion de acero a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.300°C, se
lamina el semiproducto hasta una temperatura de fin de laminado superior o igual a 890°C, se observa un tiempo entre dicho fin de laminado y un enfriamiento rapido posterior, de tal manera que el punto definido por dicho tiempo y dicha temperatura de fin de laminado se encuentra situado dentro de un area definida por el diagrama ABCD'E'F'A,
45 y preferentemente ABCDEFA, de la figura 1, se bobina la lamina a una temperatura inferior a 580°C.
[0013] Preferentemente, la colada del semiproducto se efectua en forma de colada de bandas finas entre
cilindros de acero.
50 [0014] Segun otra caracterlstica preferida, se aplica en la lamina laminada en caliente, obtenida del bobinado,
una deformation en frlo con una tasa de deformation equivalente inferior o igual al 30%.
[0015] La invencion tiene igualmente por objeto una lamina laminada en frlo de acero austenltico de hierro-
carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 950 MPa, cuyo producto resistencia (MPa) x elongacion a la
55 rotura (%) es superior a 45.000, cuya composicion qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso: 0,5% < C < 0,7%, 17% < Mn < 24%, Si < 3%, Al < 0,050%, S < 0,030%, P < 0,080%, N < 0,1%, y opcionalmente, uno o varios elementos tales que Cr < 1%, Mo < 0,40%, Ni < 1%, Cu < 5%, Ti < 0,50%, Nb < 0,50%, V < 0,50%, estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboracion, siendo la fraccion recristalizada de la estructura del acero superior al 75%, siendo la fraccion de superficie de carburos
precipitados del acero inferior al 1,5%, siendo el tamano medio de los granos de acero inferior a 6 micrometros.
[0016] La invencion tiene igualmente por objeto un procedimiento de fabricacion de una lamina laminada en frlo de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso, caracterizado porque se aprovisiona una lamina laminada
5 en caliente obtenida segun uno de los procedimientos descritos anteriormente, se efectua al menos una etapa de laminado en frlo seguido de un templado, consistiendo cada etapa en laminar en frlo la lamina, templarla a una temperatura comprendida entre 600 y 900°C, durante un tiempo comprendido entre 10 y 500 segundos, seguido de un enfriamiento cuya velocidad es superior a 0,5°C/s, siendo el tamano de grano austenltico antes de la ultima etapa de laminado en frlo seguido de un templado, inferior a 18 micrometros.
10
[0017] Preferentemente, en la lamina laminada en frlo despues del templado final, se efectua una deformacion en frlo con una tasa de deformacion equivalente inferior o igual al 30%.
[0018] La invencion tiene igualmente por objeto el uso de una lamina laminada en caliente o en frlo descrita 15 anteriormente, o el uso de una lamina fabricada por medio de un procedimiento descrito anteriormente, para la
fabricacion de elementos de refuerzo sometidos a tension en condiciones estaticas o dinamicas.
[0019] En el curso de la descripcion ofrecida a continuacion apareceran otras caracterlsticas y ventajas de la invencion, ofrecidas a modo de ejemplo y en referencia a las figuras anexas siguientes:
20
La figura 1 presenta la influencia de la temperatura de fin de laminado en caliente y del tiempo entre el fin del laminado en caliente y el principio de un enfriamiento rapido posterior, en la fraccion recristalizada despues del bobinado.
La figura 2 muestra la influencia de la fraccion recristalizada en la deformacion crltica a la rotura en el plegado.
25 La figura 3 presenta la influencia de la temperatura de bobinado en la fraccion de superficie de carburos precipitados.
La figura 4 es una micrografla que ilustra un ejemplo de precipitado intergranular de carburos.
La figura 5 ilustra la influencia de la fraccion de superficie de carburos precipitados, a tamano de granos constante, en el producto P (resistencia x elongacion a la rotura).
30 La figura 6 muestra la influencia del tamano de grano austenltico medio en la resistencia de laminas de aceros Fe-C- Mn, en particular laminadas en caliente.
La figura 7 ilustra la influencia de la deformacion equivalente en la resistencia de una lamina de acero Fe-C-Mn laminada en frlo.
La figura 8 presenta la influencia del tamano de grano austenltico medio en la resistencia de laminas, en particular 35 laminadas en frlo.
La figura 9 ilustra la influencia del tamano de grano austenltico medio en la energla de desgarro especlfico de laminas laminadas en frlo.
La figura 10 presenta la influencia del tamano de grano austenltico medio en la energla de rotura Charpy de laminas laminadas en frlo.
40 La figura 11 ilustra la influencia del tamano de grano austenltico medio en la deformacion crltica a la fisuracion en el plegado.
La figura 12 presenta la profundidad maxima de embuticion antes de la rotura en funcion del tamano de grano austenltico medio.
45 [0020] Despues de numerosos ensayos, los autores de la invencion han demostrado que las diferentes
exigencias referidas anteriormente pueden satisfacerse observando las condiciones siguientes:
[0021] En lo que se refiere a la composicion qulmica del acero, el carbono desempena un papel muy
importante en la formacion de la microestructura: aumenta la EDE y favorece la estabilidad de la fase austenltica. En 50 combinacion con un contenido de manganeso comprendido entre el 17 y el 24% en peso, esta estabilidad se obtiene para un contenido de carbono superior o igual al 0,5%. Sin embargo, para un contenido de carbono superior al 0,7% se hace diflcil evitar un precipitado de carburos que interviene en el curso de determinados ciclos termicos de fabricacion industrial, en particular durante el enfriamiento en el bobinado, y que degrada la ductilidad y la tenacidad.
55 [0022] El manganeso es asimismo un elemento indispensable para incrementar la resistencia, aumentar la
energla de defecto de apilamiento y estabilizar la fase austenltica. Si su contenido es inferior al 17%, existe el riesgo de formacion de fases martenslticas que reducen muy notablemente la capacidad para la deformacion. Ademas, cuando el contenido de manganeso es superior al 24%, se degrada la ductilidad a temperatura ambiente. Ademas, en cuestion de costes, no es conveniente que el contenido de manganeso sea elevado.
[0023] El aluminio es un elemento especialmente eficaz para la desoxidacion del acero. Como el carbono, aumenta la energia de defecto de apilamiento. Sin embargo, su presencia excesiva en aceros de alto contenido de manganeso presenta un inconveniente: en la practica, el manganeso aumenta la solubilidad del nitrogeno en el
5 hierro liquido, y si en el acero hay una cantidad de aluminio demasiado alta, el nitrogeno al combinarse con el aluminio precipita en forma de nitruros de aluminio, que obstaculizan la migracion de las uniones de grano durante la transformacion en caliente y aumentan muy notablemente el riesgo de la aparicion de fisuras. Un contenido de Al inferior o igual al 0,050 % permite evitar un precipitado de AIN. De forma correlativa, el contenido de nitrogeno debe ser inferior o igual al 0,1% con el fin de evitar este precipitado y la formacion de defectos de volumen (sopladuras) 10 durante la solidification.
[0024] El silicio es igualmente un elemento eficaz para desoxidar el acero asi como para endurecimiento en fase solida. Sin embargo, por encima de un contenido del 3%, tiende a formar oxidos no deseables durante ciertos procedimientos de ensamblado y debe mantenerse por debajo de este limite.
15
[0025] El azufre y el fosforo son impurezas que fragilizan las uniones de granos. Su contenido respectivo
debe ser inferior o igual al 0,030 y el 0,080% con el fin de mantener una ductilidad en caliente suficiente.
[0026] El cromo y el niquel pueden usarse opcionalmente para aumentar la resistencia del acero por
20 endurecimiento en solution solida. Sin embargo, como el cromo disminuye la energia de defecto de apilamiento, su
contenido debe ser inferior o igual al 1%. El niquel contribuye a obtener una elongation a la rotura importante, y aumenta en particular la tenacidad. Sin embargo, es tambien deseable, por motivos de coste, limitar el contenido de niquel a un contenido maximo inferior o igual al 1%. Por razones similares, el molibdeno puede anadirse en cantidad inferior o igual al 0,40%.
25
[0027] Asimismo, opcionalmente, una adicion de cobre hasta un contenido inferior o igual al 5% es un medio de endurecer el acero por precipitado de cobre metalico. Sin embargo, por encima de este contenido, el cobre es responsable de la aparicion de defectos de superficie en la lamina en caliente.
30 [0028] El titanio, el niobio y el vanadio son igualmente elementos que pueden usarse de manera opcional
para obtener un endurecimiento por precipitado de los carbonitruros. Sin embargo, cuando el contenido de Nb o de V, o de Ti es superior al 0,50%, un precipitado excesivo de carbonitruros puede provocar una reduction de la tenacidad, lo cual debe evitarse.
35 [0029] La implementation del procedimiento de fabrication segun la invention es la siguiente: se elabora un
acero cuya composition se ha expuesto anteriormente. Esta elaboration puede seguirse de una colada en lingotes, o en modo continuo en forma de acero para chapa de grosor del orden de 200 mm. Se puede efectuar igualmente la colada en forma de acero para chapas finas, de varias decenas de milimetros de grosor. Naturalmente, aun cuando la presente description ilustra la aplicacion de la invencion para productos planos, puede aplicarse de la misma 40 forma a la fabricacion de productos largos de acero Fe-C-Mn.
[0030] Estos semiproductos colados se llevan en primer lugar a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.300°C. El objetivo es alcanzar en todos los puntos los ambitos de temperatura favorables para las deformaciones elevadas que va a experimentar el acero durante el laminado. Sin embargo, la temperatura de recalentamiento no
45 debe ser superior a 1.300°C, ya que estaria demasiado cerca de la temperatura de solido que podria alcanzarse en algunas zonas segregadas de manganeso y/o de carbono, y provocar un principio de paso local por un estado hquido que seria nefasto para la conformation en caliente. Naturalmente, en el caso de una colada directa de acero para chapas finas, la etapa de laminado en caliente de estos semiproductos que empieza entre 1.300 y 1.100°C puede hacerse directamente despues de la colada sin pasar por la etapa intermedia de recalentamiento.
50
[0031] Se lamina en caliente el semiproducto, por ejemplo para alcanzar un grosor de banda laminada en caliente de 2 a 3 milimetros. El bajo contenido de aluminio del acero segun la invencion permite evitar un precipitado excesivo de AIN que entorpeceria la deformabilidad en caliente durante el laminado. Con el fin de evitar posibles problemas de fisuracion por falta de ductilidad, la temperatura de fin de laminado debe ser superior o igual a 890°C.
55
[0032] Ademas, se sabe que las cadenas industriales incluyen dispositivos de enfriamiento rapido, por ejemplo por pulverization de agua, situados entre la ultima etapa de laminado en caliente y el bobinado. Estos dispositivos aceleran la velocidad de enfriamiento natural de los productos, de forma que la longitud de las cadenas industriales no sea excesiva.
[0033] En combinacion con una temperatura de fin de laminado dada, los autores de la invencion han
demostrado, como indica la figura 1, que convenia respetar un tiempo minimo entre el fin del laminado y el principio del enfriamiento rapido, con el fin de obtener una recristalizacion satisfactoria del producto laminado despues del 5 bobinado. Durante este tiempo, el producto experimenta un enfriamiento natural. Asi, un tiempo minimo de 12 s a 890°C, o de 4 s a 905°C permite obtener una recristalizacion total. Mas en general, los parametros (temperatura, tiempo minimo) que se situan en el interior del dominio indicado ABCDEFA en la figura 1 conducen a una recristalizacion total en condiciones de productividad satisfactoria. Se obtiene una recristalizacion correspondiente a una fraccion minima del 75% cuando estas condiciones (temperatura, tiempo minimo) se situan en el interior del 10 dominio indicado ABCD'E'F'A. La figura 2 presenta la influencia de la fraccion recristalizada en la deformacion cntica ante la aparicion de fisuras en el plegado. Una aptitud para el plegado elevada, y mas en general una gran capacidad para la deformacion, requiere valores de deformacion critica elevada, superiores al 50%. La figura 2 muestra que esto se obtiene cuando la fraccion recristalizada despues del laminado es superior al 75%.
15 [0034] Despues del laminado, la banda debe ser bobinada a una temperatura tal que un precipitado de
carburos (esencialmente cementita (Fe,Mn)3C) no interviene significativamente, lo que conducira, como se vera, a una diminucion de ciertas propiedades mecanicas. La figura 3 ilustra la influencia de la temperatura de bobinado en la fraccion de superficie de carburos precipitados. El precipitado de carburos interviene esencialmente en las uniones de granos austeniticos, como muestra la micrografia de la figura 4.
20
[0035] La figura 5 muestra la influencia de este precipitado en el producto P de la resistencia y de la elongacion a la rotura despues del laminado en caliente, de tamano de granos constante. Los valores elevados de este parametro expresan asi una combinacion de alta resistencia asociada a una ductilidad elevada. Con el fin de obtener un valor de P superior a 45.000 (MPa x %), es necesario que la fraccion de superficie de carburos
25 precipitados sea inferior al 1,5%. Este caracter nefasto del precipitado de carburos que se ejerce tanto en lamina laminada en caliente como en lamina laminada en frio y templada, es importante respetar este valor maximo admisible de precipitado en estas dos situaciones.
[0036] Segun los resultados presentados en la figura 3, se observa que esta condicion se cumple en el 30 producto laminado en caliente cuando la temperatura de bobinado es inferior a 580°C.
[0037] Ademas, la figura 6 ilustra la influencia del tamano medio de grano austenitico en la resistencia: en el caso de productos laminados en caliente, se ve asi que el tamano de grano no debe superar un valor de 18 micrometres a riesgo de que el valor de la resistencia no sea inferior a 900 MPa.
35
[0038] Los autores de la invencion han puesto asimismo de relieve que se obtienen propiedades mecanicas todavia mas elevadas en las condiciones siguientes en producto laminado en caliente: la combinacion simultanea de un tamano de grano inferior a 10 micrometres, de una fraccion recristalizada igual al 100% y de una fraccion de superficie de carburos precipitados igual al 0%, conduce a un valor del producto P (Rm x elongacion a la rotura)
40 superior a 60.000.
[0039] Se puede usar la banda laminada en caliente obtenida por el procedimiento descrito, o proceder a un laminado en frio posterior seguido de un templado. Esta etapa suplementaria permite obtener un tamano de grano inferior al obtenido con la banda en caliente, y tiene asi propiedades de resistencia mas elevadas. Naturalmente,
45 debe implementarse si se pretende obtener productos de grosor mas fino, comprendidos normalmente entre 0,2 mm y 4 mm.
[0040] A partir de un producto laminado en caliente obtenido por el procedimiento descrito anteriormente, se efectua un laminado en frio despues de haber realizado en su caso un decapado previo de forma habitual.
50
[0041] Tras esta etapa de laminado, el grano esta muy batido, y conviene efectuar un templado de recristalizacion: este tratamiento tiene como fin restaurar la ductilidad y disminuir simultaneamente la resistencia. El tratamiento termico de templado debe asi ajustarse de manera que se obtenga el par (resistencia-elongacion a la rotura) deseado en la aplicacion. Este templado se efectua preferentemente de forma continua.
55
[0042] Este templado se efectua a una temperatura de 600 a 900°C, durante 10 a 500 segundos, la velocidad de enfriamiento al final del mantenimiento debe ser suficientemente rapida, superior a 0,5°C/s, para evitar el precipitado de carburos. Partiendo de un tamano medio de grano inicial inferior o igual a 18 micrometres de producto laminado en caliente, estos parametros permiten obtener un tamano medio de granos comprendido entre 0,5 y 15
micrometros en laminas laminadas en frlo.
[0043] Segun una realizacion en particular, se puede reducir el grosor por laminado en frlo, no en una unica etapa de laminado, sino en dos etapas o mas, de manera que cada una de las etapas de laminado se sigue de un
5 templado. El tamano del grano que precede a la ultima etapa de laminado y de templado no debe ser superior a 18 micrometros, a riesgo de que la resistencia y la capacidad para la deformacion del producto final no se reduzcan.
[0044] Por los mismos motivos que los expuestos para las laminas laminadas en caliente, las laminas laminadas en frlo deben presentar una fraccion recristalizada suficiente, superior al 75% para obtener una
10 deformabilidad satisfactoria durante la conformacion en frlo.
[0045] Al igual que para las laminas laminadas en caliente, la fraccion de superficie de carburos precipitados debe ser inferior al 1,5% para que el producto P (Rm x elongacion a la rotura) sea superior a 45.000 (MPa x %).
15 [0046] Las laminas de acero obtenidas despues del laminado en caliente o en frlo por el procedimiento segun
la invencion se caracterizan por una excelente ductilidad. Teniendo en cuenta la gran reserva de plasticidad, se puede buscar la obtencion de valores de resistencia todavla mas elevados al coste de una ligera perdida de ductilidad: a partir de una lamina laminada en caliente, obtenida del bobinado, o laminada en frlo y templada segun el procedimiento descrito anteriormente, se aplica a esta una deformacion en frlo suplementaria despues del 20 templado final, por ejemplo por laminacion ligera en superficie, cepillado bajo traccion en flexion alterna, estirado simple o cualquier otro procedimiento conveniente. La figura 7 indica la influencia de la deformacion equivalente en la resistencia: en un gran dominio, la influencia de la deformacion es relativamente lineal: en promedio, el 1% de deformacion permite aumentar la resistencia en 10 MPa. Sin embargo, cuando la deformacion suplementaria es superior al 30%, la ductilidad inicial del producto se reduce de manera excesiva, y conviene no superar este umbral. 25
[0047] Como muestra la figura 8, un tamano medio de granos en lamina laminada en frlo inferior a 6 micrometros permite obtener una resistencia superior a 950 MPa.
[0048] A modo de ejemplo, los resultados siguientes mostraran otras ventajas conferidas por la invencion, en 30 particular en lo que se refiere a la capacidad para la deformacion con o sin presencia de un defecto, en modo de
tension estatica o dinamica.
Ejemplo 1:
35 [0049] Se ha elaborado un acero de la composicion siguiente (contenidos expresados en porcentaje
ponderal): C: 0,6%, Mn: 22%, Si: 0,2%. Se ha recalentado un semiproducto a 1.185°C, se ha laminado en caliente hasta una temperatura de 965°C para alcanzar un grosor de 3,6 mm. Se ha observado un tiempo de espera de 3,5 s antes del enfriamiento. El bobinado se ha efectuado a una temperatura inferior a 450°C. Estas condiciones de fabrication, designadas como «I» en la tabla 1 mostrada a continuation corresponden a la invencion. El tamano 40 medio de grano as! obtenido es de 9,5 micrometros, con la estructura recristalizada al 100%, la fraccion de carburos igual al 0%. Las caracterlsticas mecanicas estaticas obtenidas en esta lamina laminada en caliente son especialmente elevadas: Resistencia: 1.012 MPa. Elongacion a la rotura: 65,4%. Producto P: 66.184.
[0050] Partiendo de esta misma composicion, se ha realizado un esquema termomecanico que no 45 corresponde a las condiciones de la invencion, y que conduce a una fraccion de superficie de carburos precipitados
superior al 1,5% (condition designada como «r3»).
[0051] Se ha comparado igualmente el acero segun la invencion con un acero laminado en caliente de referencia designada «R4» cuyo nivel de resistencia es muy comparable: se trata de un acero TRIP
50 («Transformation Induced Plasticity») de estructura compleja (ferrita, bainita, austenita, martensita). Este acero tiene la composicion siguiente (contenidos en % ponderal): C: 0,20, Mn: 1, 7, Si: 1,6, S: 0,003, P: 0,080, Al: 0,050, Cu, Cr, Ni, Mo, N: 0,001.
[0052] Se han efectuado ensayos de rotura dinamica en probetas de tipo Charpy V de grosor reducido (e = 3 55 mm) a temperaturas de +20 y de -60°C. Los resultados de estos ensayos se presentan en la tabla 1.
Tabla 1: Resultados de ensayos Charpy V en laminas laminadas en caliente
Designation Energla de rotura Charpy a +20°C (Julios) Energla de rotura Charpy a -60°C (Julios)
Invencion
I 44 36
Referencia
R3 33 29
R4
25 9
[0053] El acero segun la invencion presenta caracterlsticas de tenacidad claramente superiores a las de los aceros de referencia. Esta superioridad se manifiesta a temperatura ambiente, as! como en condiciones rigurosas de tension a muy baja temperatura. As! pues resuelve perfectamente el problema de obtencion de una muy buena
5 tenacidad en condiciones dinamicas
Ejemplo 2:
[0054] Se han elaborado aceros cuya composicion figura en la tabla 2 mostrada a continuation 10 (composiciones expresadas en porcentaje ponderal). Ademas de los aceros I1 e I2, se ha indicado a modo de
comparacion la composicion de aceros de referencia: Se trata de aceros Dual Phase (R1), o TRIP («Transformation Induced Plasticity») (R2) cuyo nivel de resistencia (1.000 MPa) se encuentra en una gama comparable.
[0055] Los semiproductos de aceros I1 e I2 se han recalentado a 1.200°C, se han laminado en caliente hasta 15 una temperatura de 920°C para llevarlos hasta un grosor de 3 mm, y, tras un tiempo de espera de 10 segundos
antes del enfriamiento, se han bobinado a la temperatura de 450°C. El tamano medio de grano obtenido en estas condiciones es de 10 micrometros. La estructura esta totalmente recristalizada, sin carburos precipitados.
Tabla 2: Composition de los aceros
Acero
C Mn Si S P Al Cu Cr Ni Mo N
I1
0,61 21,5 0,49 0,001 0,016 0,003 0,02 0,053 0,044 0,009 0,01
I2
0,68 22,8 0,17 0,001 0,004 0,005 0,005 0,005 0,005 0,01 0,003
R1
0,19 1,9 0,33 0,003 0,03 0,025 0,019 0,02 0,09
R2
0,20 1,7 1,6 0,003 0,080 0,050 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
20
[0056] A continuacion el acero I1 se ha laminado en frlo, y se ha templado en condiciones que producen diferentes tamanos de grano austenltico comprendido entre 3 a 100 micrometros. La tabla 3 resume las condiciones de templado y de recristalizacion (condiciones a) a d)), y la tabla 4 las caracterlsticas mecanicas de traction: resistencia, elongation a la rotura y producto P (resistencia x elongation a la rotura) obtenidas en estas condiciones.
25
[0057] En la condition de fabrication b), el tamano de grano que precede al laminado en frlo y el templado a 800°C es de 100 micrometros.
[0058] Se mencionara que una tasa de reduction con laminado en frlo del 66% asociado a un templado de 30 650°C durante 1 segundo solo conduce a una recristalizacion parcial del 45%. El tamano de grano de la fraction
recristalizada es muy disperso y varla de 1 a 10 micrometros.
[0059] El acero I2 se ha laminado igualmente en frlo con una tasa del 55% de templado a 700°C durante 120 segundos, y se ha enfriado al aire, a una velocidad superior a 0,5°C/s (condicion e), tabla 3). Se obtiene as! un
35 tamano medio de grano de 1,5 micrometros y una fraccion de superficie de carburos precipitados del 1 %.
[0060] Partiendo de la condicion e), un tratamiento termico posterior con un mantenimiento a 850°C durante 60 segundos seguido de un enfriamiento en agua (condicion f), tabla 3) permite reducir esta fraccion de carburos precipitados sin aumento de tamano excesivo de los granos.
Tabla 3: Condiciones de laminado en frio y de templado
Acero
Tamano medio de granos Microestructura Tasa de laminado en frio (%) Temperatura de templado (°C) Tiempo de templado (s)
I1
a)* 3 micrometres 60 700 120
b)
15 micrometres 16 800 240
c)
100 micrometres 50 1200 180
d)
Recristalizacion: 45% 66 650 1
I2
e) * 1,5 micrometres con carburos 55 700 120 s + ref. lento
f)*
4 micrometres 55 + 5 700 + 850 120 s + ref. lento + 60 s + ref. Agua
*: segun la invencion
Tabla 4: Caracterlsticas mecanicas de traccion obtenidas
Acero
Condiciones Tamano medio de granos Microestructura Resistencia(MPa) Elongation a la rotura (%) P = RmxA (MPax%)
I1
a)* 3 micrometres 1.130 55 62.150
b)
15 micrometres 950 30 28.500
c)
100 micrometres 850 40 34.000
d)
Recristalizacion: 45% 1.200 25 30.000
I2
e)* 1,5 micrometres con el 1% de carburos 1.100 50 55.000
f)*
4 micrometres 1.070 50 53.500
5 *: segun la invencion
[0061] Las condiciones de fabricacion a) del acero corresponden a las de la invencion, y se traducen en valores elevados de resistencia y del parametro P. En la condicion b), el tamano de grano de 100 micrometros antes de laminado en frio supera el tamano de grano de 18 micrometros mencionado anteriormente, y el tamano de grano
10 final (15 micrometros) es superior al tamano de grano de 6 micrometros tambien mencionado anteriormente. En la condicion c), el tamano de grano de 100 micrometros en lamina laminada en frio es asimismo excesivo. Por consiguiente, las condiciones b) y c) conducen a valores no satisfactorios del parametro P o de la resistencia.
[0062] La condicion d) corresponde a una situacion en que la recristalizacion es insuficiente (fraccion 15 recristalizada: 45%, inferior al valor del 75% mencionado anteriormente), lo que se traduce en un bajo valor del
parametro P.
[0063] En el caso del acero 12, las condiciones de fabricacion e) se asocian a un tamano de grano fino de 1,5
micrometres, y a una cantidad de carburos precipitados inferior al 1,5%. Al igual que para el acero f), el fino tamano
20 de grano se traduce en valores elevados de resistencia y del parametro P.
[0064] Ademas, se han realizado ensayos de resistencia al desgarro en probetas de tipo «CT» (Compact Tension Test) de 36 x 55 mm2 que incluyen un corte inicial de una profundidad de 8 mm. Los ensayos se efectuan a temperatura ambiente, e incluyen un registro del esfuerzo y del desplazamiento. La energla de resistencia al
25 desgarro de los diferentes aceros, evaluada por el area bajo la curva del diagrama (fuerza-desplazamiento), se compara con la superficie de rotura de manera que se evalua una energla especlfica de desgarro. La figura 9 indica que los aceros de tamano de grano reducido, sin carburos precipitados, recristalizados, presentan las mejores caracterlsticas de resistencia al desgarro. Para un tamano de grano semejante, un precipitado del 1% de carburos reduce la tenacidad en aproximadamente una tercera parte. Se observa asimismo una resistencia al desgarro muy 30 inferior cuando el tamano medio de grano aumenta hasta 100 micrometres, o cuando la recristalizacion es muy insuficiente.
[0065] La figura 9 pone asimismo de relieve el hecho de que las laminas fabricadas segun la invencion
ofrecen mejores caracterlsticas de tenacidad que los aceros de referencia R1 o R2, ya que, a resistencia
35 equivalente, la resistencia al desgarro es de dos a tres veces superior a la de estos aceros.
[0066] Ademas, se han realizado ensayos de rotura dinamica en probeta de tipo Charpy V de grosor reducido (e = 1 a 1,3 mm) en una gama comprendida entre 20 y -100°C. No se ha constatado ninguna diminution de la energla de rotura a bajas temperaturas. Para diferentes condiciones de laminado en frio y de templado del acero I1,
40 la evolution de la energla de rotura con el tamano de granos se indica en la figura 10. De forma semejante a lo que
se habla observado en el desgarro estatico, un tamano de granos demasiado elevado o una recristalizacion insuficiente reducen la energla de rotura. A modo de comparacion, se han llevado igualmente los valores de energla de rotura a 20 o -20°C del acero R2 anterior: se observara que los aceros de granos finos de la invencion permiten obtener valores de tenacidad en condiciones dinamicas superiores a las de este acero de referencia. Ademas, como 5 se ha mencionado antes, los aceros segun la invencion son practicamente insensibles a las variaciones de temperatura, al contrario que los aceros de referencia que presentan una temperatura de transicion ductil-fragil. Asl, incluso en caso de golpes muy importantes (temperaturas de servicio muy bajas, velocidades de deformacion importantes) el uso de aceros de la invencion permite prevenir el riesgo de una rotura brusca.
10 [0067] Ademas de la capacidad de resistencia a la rotura al corte, los aceros de la invencion presentan una
gran aptitud para conformacion de cara a la fabricacion de piezas mas o menos complejas. La figura 11 indica la aptitud al plegado del acero I1, en las diferentes condiciones de fabricacion expuestas en la tabla 3, es decir, para un tamano medio de grano que varla de 3 a 100 micrometros. Como se ha visto anteriormente, ademas de la ventaja de alcanzar una resistencia superior a 950 MPa, un tamano medio de granos inferior a 6 micrometros permite
15 igualmente obtener una excelente capacidad para la deformacion por plegado. De nuevo, una recristalizacion insuficiente conduce a resultados inferiores.
[0068] La figura 12 ilustra igualmente el interes de los aceros laminados en frlo y templados segun la invencion en el caso de deformaciones complejas tales como las que se encuentran durante los ensayos de
20 embuticion mediante una herramienta en forma de cruz que impone tension al material en expansion y en recalcado. Los ensayos se realizan en troquel de dimension 300 x 300 mm2, con una herramienta de una altura de 60 mm. La figura 12, que ilustra la profundidad de embuticion maxima antes de la rotura, indica que los aceros segun la invencion, de tamano de grano reducido, presentan caracterlsticas muy superiores a las de los aceros de referencia R1 y R2.
25
[0069] Asl, para una resistencia igual, los aceros segun la invencion ofrecen una capacidad de deformacion muy superior a los aceros Dual Phase o «TRIP» convencionales, y una mayor tenacidad. Para una misma deformacion, su nivel de resistencia es muy superior. En el caso de su uso en la industria automovillstica, contribuyen a una reduction muy eficaz del peso de los vehlculos, a la vez que aumentan la seguridad en caso de
30 colision. Las laminas de aceros laminadas en caliente o laminadas en frlo segun la invencion se usaran asl con utilidad para la fabricacion de piezas de refuerzo que necesitan caracterlsticas mecanicas muy elevadas en condiciones de tension estaticas o dinamicas.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Lamina laminada en caliente de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 900 MPa, en cuyo producto (resistencia (MPa) x elongacion a la rotura (%)) es superior a 45.000, cuya
    5 composition qulmica comprende,
    con los contenidos expresados en peso:
    0,5% < C < 0,7%
    10 17% < Mn < 24%
    Si < 3%
    Al < 0,050%
    S < 0,030%
    P < 0,080%
    15 N < 0,1%
    y opcionalmente, uno o varios elementos tales que
    Cr < 1%
    20 Mo < 0,40%
    Ni < 1%
    Cu < 5%
    Ti < 0,50%
    Nb < 0,50%
    25 V < 0,50%,
    estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboration, siendo la fraction recristalizada del acero superior al 75%, siendo la fraction de superficie de carburos precipitados del acero inferior al 1,5%, siendo el tamano medio del grano del acero inferior a 18 micrometros.
    30
  2. 2. Lamina laminada en caliente de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso segun la revindication 1 cuya resistencia es superior a 900 MPa, cuyo producto (resistencia (MPa) x elongacion a la rotura (%)) es superior a 60.000, cuya composicion qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso:
    35 0,5% < C < 0,7%
    17% < Mn < 24%
    Si < 3%
    Al < 0,050%
    S < 0,030%
    40 P < 0,080%
    N < 0,1%
    y opcionalmente, uno o varios elementos tales que
    45 Cr < 1%
    Mo < 0,40%
    Ni < 1%
    Cu < 5%
    Ti < 0,50%
    50 Nb < 0,50%
    V < 0,50%,
    estando el resto de la composicion constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboracion, siendo la fraccion recristalizada del acero igual al 100%, siendo la fraccion de superficie de carburos precipitados del 55 acero igual al 0%, siendo el tamano medio del grano del acero inferior a 10 micrometros.
  3. 3. Procedimiento de fabricacion de una lamina laminada en caliente de acero hierro-carbono-manganeso segun el cual
    - se elabora un acero cuya composition qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso:
    0,5% < C < 0,7%
    17% < Mn < 24%
    5 Si < 3%
    Al < 0,050%
    S < 0,030%
    P < 0,080%
    N < 0,1%
    10
    y opcionalmente, uno o varios elementos tales que
    Cr < 1%
    Mo < 0,40%
    15 Ni < 1%
    Cu < 5%
    Ti < 0,50%
    Nb < 0,50%
    V < 0,50%,
    20
    estando el resto de la composition constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboration,
    - se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero
    - se lleva dicho semiproducto de dicha composition de acero a una temperatura comprendida entre 1.100 y 1.300°C, 25 - se lamina dicho semiproducto hasta una temperatura de fin de laminado superior o igual a 890°C,
    - se observa un tiempo entre dicho fin de laminado y un enfriamiento rapido posterior, de tal manera que el punto definido por dicho tiempo y dicha temperatura de fin de laminado se encuentra situado dentro de un area definida por el diagrama ABCD'E'F'A, y preferentemente ABCDEFA, de la figura 1
    - se bobina dicha lamina a una temperatura inferior a 580°C.
    30
  4. 4. Procedimiento segun la revindication 3, caracterizado porque la colada de dicho semiproducto se efectua en forma de colada de bandas finas entre cilindros de acero.
  5. 5. Procedimiento de fabrication segun la revindication 3 o 4 caracterizado porque se aplica, en dicha 35 lamina laminada en caliente, obtenida de dicho bobinado, una deformation en frlo con una tasa de deformation
    equivalente inferior o igual al 30%.
  6. 6. Lamina laminada en frlo de acero austenltico de hierro-carbono-manganeso cuya resistencia es superior a 950 MPa, cuyo producto resistencia (MPa) x elongation a la rotura (%) es superior a 45.000, cuya
    40 composition qulmica comprende, con los contenidos expresados en peso:
    0,5% < C < 0,7%
    17% < Mn < 24%
    Si < 3%
    45 Al < 0,050%
    S < 0,030%
    P < 0,080%
    N < 0,1%
    50 y opcionalmente, uno o varios elementos tales que
    Cr < 1%
    Mo < 0,40%
    Ni < 1%
    55 Cu < 5%
    Ti < 0,50%
    Nb < 0,50%
    V < 0,50%,
    estando el resto de la composition constituido por hierro e impurezas inevitables que proceden de la elaboration, siendo la fraction recristalizada de la estructura del acero superior al 75%, siendo la fraction de superficie de carburos precipitados del acero inferior al 1,5%, siendo el tamano medio de los granos de acero inferior a 6 micrometros.
    5
  7. 7. Procedimiento de fabrication de una lamina laminada en frlo de acero austenltico de hierro-carbono- manganeso, caracterizado porque
    - Se aprovisiona una lamina laminada en caliente obtenida por el procedimiento segun la reivindicacion 3 o 4,
    10 - Se efectua al menos una etapa de laminado en frlo seguida de un templado, consistiendo cada etapa en:
    - Laminar en frlo dicha lamina
    - Efectuar un templado a una temperatura comprendida entre 600 y 900°C, durante un tiempo comprendido entre 10 y 500 segundos, seguido de un enfriamiento cuya velocidad es superior a 0,5°C/s,
    15 - siendo el tamano de grano austenltico antes de la ultima etapa de laminado en frlo seguido de un templado inferior a 18 micrometros.
  8. 8. Procedimiento de fabricacion de una lamina laminada en frlo segun la reivindicacion 7 caracterizado porque se efectua, despues del templado final, una deformation en frlo con una tasa de deformation equivalente
    20 inferior o igual al 30%
  9. 9. Uso de una lamina segun una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 o 6, para la fabricacion de elementos de refuerzo sometidos a tension en condiciones estatica o dinamica.
    25 10. Uso de una lamina fabricada por medio de un procedimiento segun una cualquiera de las
    reivindicaciones 3, 4, 5, 7 o 8, para la fabricacion de elementos de refuerzo sometidos a tension en condiciones estatica o dinamica.
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