ES2743175T3

ES2743175T3 - Aleación de acero de alta resistencia y productos de bandas y láminas hechos a partir de los mismos

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Publication number: ES2743175T3
Application number: ES14199446T
Authority: ES
Inventors: Paul M Novotny
Original assignee: CRS Holdings LLC
Current assignee: CRS Holdings LLC
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: EP2886675A3; US20150176109A1; EP2886675A2; PL2886675T3; JP2015134962A; JP6099103B2; EP2886675B1; US20190048447A1

Abstract

Una aleacion de acero que proporciona una combinacion unica de resistencia, tenacidad y ductilidad, donde dicha aleacion consiste esencialmente en un porcentaje en peso C 0.3-0.45 Mn 3.5-4.5 Si 1.0-2.0 Cr 0.6-2.5 Ni 0.6-5.0 Mo+.W hasta 0.5 Cu 0.3-1.0 Co 0.01 maximo V+5/9Nb 0.1-0.5 Ti 0.025 maximo Al 0.025 maximo Ca 0.005 maximo N 0.020 maximo opcionalmente uno o ambos de 0.001-0.025% Y e 0.001-0.01% Mg: y el balance es hierro y las impurezas habituales, en la que dichas impurezas incluyen no mas de aproximadamente 0.03% de fosforo y no mas de aproximadamente 0.003% de azufre; y en el que los elementos Si, Cu, V y Nb estan balanceados de tal manera que

Description

DESCRIPCIÓN

Aleación de acero de alta resistencia y productos de bandas y láminas hechos a partir de los mismos Antecedentes de la invención

Campo de la invención

Esta invención se relaciona con una aleación de acero que tiene una combinación única de alta resistencia, alta tenacidad y alta ductilidad. La invención también se relaciona con el uso de la aleación de acero para hacer formas de productos de calibre delgado, tales como bandas y láminas, que se pueden formar fácilmente en partes para uso automotriz.

Descripción de la técnica relacionada

La US Environmental Protection Agency exige que los automóviles nuevos cumplan con un estándar corporativo de economía de combustible promedio de 23.2 km/l (54.5 millas/galón) para el año 2025. Este requisito probablemente hará que los fabricantes de automóviles reduzcan el peso de sus vehículos. Los materiales livianos tal como el aluminio y los materiales compuestos que brindan alta resistencia y una reducción significativa en el peso en comparación con las aleaciones de acero conocidas se pueden usar para fabricar partes de chasis y marco de calibre delgado. Sin embargo, el uso de tales materiales presentará desafíos para los fabricantes de automóviles debido a que sus líneas de producción están diseñadas para usar aleaciones de acero y un cambio a materiales que no sean de acero tal como el aluminio y los materiales compuestos requeriría importantes inversiones de capital, así como un aumento sustancial en el coste de los materiales.

Las láminas y bandas de acero que proporcionan mayor resistencia que los aceros convencionales utilizados para aplicaciones de carrocería y chasis se pueden utilizar para reducir el peso de las partes estampadas de la carrocería y el chasis en este esfuerzo de "Peso ligero", siempre que sean lo suficientemente resistentes y formables. Una medida de la resistencia y la capacidad de conformación de un acero es un Número de Índice de Banda (SIN) que es el producto de la resistencia a la tracción máxima (UTS) en MPa y el alargamiento en %. Para muchas aplicaciones automotrices, las láminas y bandas de acero que tienen un SIN de al menos aproximadamente 20,000 proporcionan una reducción de peso suficiente a la vez que proporcionan una resistencia y capacidad de conformación adecuadas. Sin embargo, para partes estructurales que requieren mayor resistencia, se prefiere un SIN de al menos aproximadamente 30,000. Muchos de los aceros conocidos como aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) dejan algo que desear con respecto a la ductilidad porque la resistencia y la ductilidad son propiedades inversamente relacionadas. Se necesita buena ductilidad para las formas de bandas y láminas de material de acero de alta resistencia para proporcionar buena capacidad de formación. Por consiguiente, sería deseable tener una aleación de acero que proporcione una combinación de alta resistencia y ductilidad que no solo resulte en una reducción de peso significativa en las partes de carrocería y marco del automóvil, sino que también se pueda formar fácilmente en dichos productos.

El documento US 7,067,019 describe un acero de aleación de cobre-níquel-cromo de carbono medio de relativamente alta resistencia y alta tenacidad y un método para fabricar el acero.

El documento EP 2543747 A1 divulga una tubería de acero sin costura para un resorte hueco de alta resistencia. El documento JP H11-269541 divulga un acero de alta resistencia que tiene una resistencia mejorada a la propagación de grietas y un método para fabricar el acero.

Resumen de la invención

La necesidad anterior se resuelve en gran medida mediante una aleación de acero de acuerdo con la presente invención. La aleación de acuerdo con esta invención proporciona una combinación única de muy alta resistencia, tenacidad y ductilidad. La aleación de esta invención puede caracterizarse por las composiciones de porcentaje en peso amplio, intermedio y preferido que se exponen a continuación.

Elemento Amplio Intermedio Preferido A Preferido B

C 0.3-0.45 0.30-0.45 0.30-0.40 0.30-0.36

Mn 3.5-4.5 3.5-4.5 3.5-4.5 3.5-4.5 Si 1.0-2.0 1.3-1.8 1.3-1.7 1.3-1.7 Cr 0.6-2.5 0.75-2.35 1.6-2.35 0.75-1.5 Ni 0.6-5.0 0.7-4.5 3.7-4.3 0.7-2.5 Mo+©W Hasta 0.5 Hasta 0.3 0.1 máximo 0.15-0.25

Cu 0.3-1.0 0.4-0.7 0.4-0.6 0.4-0.6

Co 0.01 máximo 0.01 máximo 0.01 máximo 0.01 máximo

V+5/9Nb 0.1-0.5 0.2-0.4 0.30-0.40 0.20-0.30

Ti 0.025 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo

Al 0.025 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo

Ca 0.005 máximo 0.002 máximo 0.001 máximo 0.001 máximo

N 0.020 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo 0.020 máximo

La aleación puede incluir opcionalmente uno o ambos de 0.001-0.025% de Y e 0.001-0.01% de Mg. El balance de la aleación es hierro y las impurezas habituales que se encuentran en las calidades comerciales de aleaciones de acero producidas para un uso y propiedades similares. Entre dichas impurezas, el fósforo está restringido preferiblemente a no más de aproximadamente 0.03% máximo y el azufre está restringido preferiblemente a no más de aproximadamente 0.003% máximo. Dentro de los intervalos anteriores, los elementos Si, Cu, V y, cuando están presentes, Nb están balanceados de manera que 4.5 < (% Si % Cu)/(% V (5/9) *% Nb) < 10.

La tabulación anterior se proporciona como un resumen conveniente y no pretende restringir los valores inferior y superior de los intervalos de los elementos individuales para su uso en combinación entre sí, o para restringir los intervalos de los elementos para su uso únicamente en combinación entre sí. Por lo tanto, uno o más de los intervalos se pueden usar con uno o más de los otros intervalos para los elementos restantes. Además, se puede usar un mínimo o máximo para un elemento de una composición amplia o preferida con el mínimo o máximo para el mismo elemento en otra composición preferida o intermedia. Además, la aleación de acuerdo con la presente invención puede comprender, consistir esencialmente en, o consistir en los elementos constituyentes descritos anteriormente y a lo largo de esta solicitud. Aquí y a lo largo de esta especificación, el término "porcentaje" o el símbolo "%" indica porcentaje en peso o porcentaje en masa, a menos que se especifique lo contrario. Además, el término "aproximadamente" usado en relación con un valor o intervalo de porcentaje en peso indica la tolerancia analítica habitual o el error experimental esperado por una persona experta en la técnica con base en técnicas de medición estandarizadas conocidas.

De acuerdo con otro aspecto de esta invención, se proporciona un producto de acero de calibre delgado, tal como un producto de lámina o banda, que está hecho de una de las aleaciones de acero descritas en la tabla. Los productos de calibre delgado se pueden formar fácilmente en partes de automóviles debido a su buena ductilidad. Un producto de acero de calibre delgado de acuerdo con este aspecto de la invención tiene un SIN de al menos aproximadamente 20,000 y mejor aún, y un SIN de al menos 25,000. Una realización preferida del producto de acero tiene un SIN de al menos aproximadamente 30,000.

Descripción detallada

La invención se define en las reivindicaciones.

Los intervalos de porcentaje en peso descritos anteriormente pueden definirse adicionalmente por los papeles que juegan los elementos en la aleación de esta invención. La combinación de los elementos silicio, cobre y vanadio, y niobio, cuando están presentes, funcionan como modificadores de la difusión para los propósitos de esta invención porque se ha demostrado que reducen la difusión del carbono, así como de elementos trampa nocivos como P y S hacia los límites de grano de la aleación. El molibdeno está opcionalmente presente en la aleación de acuerdo con esta invención y el tungsteno puede ser sustituido por parte o la totalidad del molibdeno en esta aleación. Cuando está presente, el tungsteno se sustituye por molibdeno en una base 2:1, de modo que Mo+ 1^W es aproximadamente 0.20-0,5% y preferiblemente aproximadamente 0.15-0.3%. El itrio y el magnesio también pueden estar presentes en esta aleación, ya sea por separado o en combinación. A este respecto, la aleación puede contener aproximadamente 0.001-0.025% de itrio y preferiblemente puede contener aproximadamente 0.002-0.020% de itrio. La aleación también puede contener aproximadamente 0.001-0.01% de magnesio y preferiblemente puede contener aproximadamente 0.001-0.006% de magnesio. El magnesio y/o el itrio se agregan durante la fusión primaria para desoxidar la aleación de acero. El magnesio y el itrio también benefician la resistencia y tenacidad de este acero al ayudar al refinamiento del grano de la aleación durante el procesamiento.

Los elementos molibdeno, tungsteno y cromo se combinan con carbono para formar carburos M²C (donde M es Cr, Mo y/o W) durante el templado. Los elementos Mo, W y Cr pueden denominarse formadores de carburo templado para los fines de la aleación de acuerdo con esta invención. Por lo tanto, el cromo y el molibdeno y el tungsteno, cuando están presentes, promueven la formación de carburos M²C y pueden sustituirse entre sí en esta aleación. Para formas de productos de calibre delgado, como bandas y láminas, donde se desea un SIN de al menos 30,000, se incluye una adición positiva de molibdeno y/o tungsteno como se describió anteriormente. Además, dentro de los intervalos de porcentajes en peso anteriores, el molibdeno, el cromo y el carbono se balancean preferiblemente de modo que 3.5 < (% Mo % Cr)/(% C) < 7.5.

Los elementos manganeso y níquel son estabilizadores de austenita y contribuyen al buen endurecimiento de esta aleación. El manganeso y el níquel pueden sustituirse entre sí en un grado limitado para estabilizar la austenita. Para las aplicaciones de productos de calibre delgado donde se desea un SIN de al menos aproximadamente 30,000, dentro de los intervalos de porcentaje en peso anteriores, el manganeso y el níquel están ampliamente equilibrados de manera que 3.5 < (% Mn % Ni) < 8.0.

Esta aleación y los productos fabricados a partir de la misma se preparan preferiblemente mediante técnicas de fusión al vacío. A este respecto, la fusión primaria de la aleación se realiza preferiblemente con fusión por inducción al vacío (VIM). Cuando se desee, como para aplicaciones más críticas, la aleación se puede refinar usando la fundición por arco al vacío (VAR). La fusión primaria también se puede realizar mediante fusión por arco en el aire (ARC) si se desea. Después de la fusión a Rc , la aleación se puede refinar mediante la fusión por electroescoria (ESR) o VAR.

La aleación de esta invención se procesa preferiblemente en formas de calibre delgado tales como una banda u lámina. En forma de banda o lámina, las partes hechas de la aleación pueden austenitizarse por cortos períodos de tiempo a una temperatura de aproximadamente 760 a 1038°C (1400 a 1900°F) y luego enfriarse por aire. Las partes se pueden usar en servicio. Alternativamente, se puede formar una banda o lámina recocida en una parte conformada y luego las regiones de la parte se pueden tratar térmicamente de forma selectiva mediante calentamiento por inducción a la temperatura de austenización de 760 a 1038°C (1400 a 1900°F) seguido de enfriamiento en aire. Otra opción es calentar el material de la banda o lámina a la temperatura de austenización de 760 a 1038°C (1400 a 1900°F), luego estampar la parte para formarla y permitir que la parte estampada caliente se enfríe al aire. Las partes se pueden usar en condiciones de enfriamiento por aire o después de templados de corto tiempo a 204.4-37l°C (400 a 700°F). La aleación tiene una resistencia a la tracción máxima (UTS) relativamente alta en el estado recocido, es decir, al menos aproximadamente 1025 MPa (150 ksi) en promedio, combinada con una ductilidad muy alta (es decir, 10-25% de alargamiento). Por lo tanto, las partes hechas de bandas o láminas de aleación recocida pueden usarse en algunas aplicaciones sin ningún tratamiento térmico adicional.

La aleación también se puede trabajar en caliente desde una temperatura de hasta aproximadamente 1149°C (2100°F), preferiblemente a aproximadamente 982°C (1800°F), para formar diversas formas de productos intermedios tales como palanquillas y barras. La aleación se trata preferiblemente con calor mediante austenización a aproximadamente 863°C (1585°F) hasta aproximadamente 1002°C (1835°F) durante aproximadamente 1-2 horas. La aleación se enfría luego con aire o se enfría rápidamente con aceite a partir de la temperatura de austenización. Cuando se desee, la aleación puede tratarse con calor al vacío y enfriarse rápidamente con gas. Las partes hechas de la aleación en forma de barra se enfrían de manera profunda preferiblemente ya sea a -73,3°C (-100°F) o -196°C (-320°F) durante aproximadamente 1-8 horas y luego se calientan al aire. Si una resistencia más baja es aceptable, el paso de refrigeración puede eliminarse para partes hechas de productos de barra. La aleación se templa preferiblemente a aproximadamente 204.4 a 316°C (400°F a 600°F) durante aproximadamente 2-3 horas y luego se enfría con aire. La aleación se puede templar hasta 371°C (700°F) cuando no se requiere una combinación óptima de resistencia y tenacidad.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona una parte conformada hecha de una forma de producto de calibre delgado de la aleación como se describe anteriormente. La parte conformada se realiza preferiblemente como un cuerpo estampado o parte de marco para un automóvil. Un producto de calibre delgado de acuerdo con la presente invención es una parte o componente hecho de lámina o banda que tiene un espesor de al menos aproximadamente 0.0229 mm (0.0009 pulg.) y menos de 6.35 mm (0,25 pulg.).

Ejemplos de trabajo

Ejemplo I

Para demostrar la combinación única de propiedades proporcionadas por la aleación de acuerdo con la presente invención, se fundieron, procesaron y probaron ejemplos representativos de la aleación y ejemplos de aleaciones comparativas. Las composiciones de porcentaje en peso de las aleaciones probadas se exponen en la Tabla 1 a continuación. El Ejemplo 1 representa la aleación de acuerdo con la presente invención. Las aleaciones A, B y C son aleaciones comparativas.

Tabla 1

El equilibrio de cada composición en la Tabla 1 es hierro e impurezas.

Los ejemplos y las aleaciones comparativas se fundieron por inducción al vacío y fueron colados como 15.9 kg (35 lb.) de colada. Las coladas se trabajaron en caliente y se mecanizaron en bruto en conjuntos de especímenes de tracción estándar duplicados. Los pares de especímenes de cada conjunto se austenizaron a diferentes temperaturas durante 1.5 horas y luego se enfriaron rápidamente con aceite. Los pares de especímenes se templaron luego durante 2 horas y enfriados por aire. Las combinaciones de temperatura de austenización y temperatura de templado usadas para los pares de especímenes de cada aleación se exponen en la Tabla 2 a continuación.

Tabla 2

Después del tratamiento térmico, los especímenes de prueba se maquinaron hasta la dimensión final y se probaron. Los resultados de las pruebas de tracción a temperatura ambiente para cada ejemplo se presentan en las Tablas 3A a 3D a continuación, que incluyen el límite elástico de compensación del 0.2% (YS), la resistencia a la tracción final (UTS), el porcentaje de alargamiento (% El.), y el porcentaje de reducción en área (% RA). También se incluyen en las tablas los cálculos del SIN para cada espécimen (SIN = UTS en MPa x% El.). Los valores promedio para cada par de los especímenes analizados también se presentan en las tablas.

Tabla 3A

Y.S. U.T.S. %EL. %R.A. SIN

ID de Colada ^Tratamien

_térmico ^toMuestra ksi MPa (ksi) (MPa)

Ejemplo 1 A A1 121.3 836.4 284.4 1960.9 15.8 19.0 30,903 A2 125.3 863.6 285.0 1965.2 17.1 28.9 33,546 Prom. 123.3 850.0 284.7 1963.1 16.4 24.0 32,225 B B1 139.6 962.5 240.8 1660.3 19.4 21.8 32,211 B2 143.6 990.4 239.1 1648.8 21.4 18.3 35,285 Prom. 141.6 976.4 240.0 1654.6 20.4 20.0 33,748 C C1 121.7 839.2 285.3 1966.7 15.7 23.9 30,878

C21

Prom. 121.7 839.2 285.3 1966.7 15.7 23.9 30,878 D D1 124.6 859.4 264.6 1824.1 17.3 25.4 31,557

D2 128.9 888.5 263.1 1814.2 21.4 28.1 38,824 Prom. 126.8 874.0 263.8 1819.2 19.4 26.7 35,191 E E1 111.8 770.9 289.5 1996.2 13.7 13.2 27,348

E2 115.2 794.0 289.3 1994.9 14.8 17.6 29,525 Prom. 113.5 782.5 289.4 1995.6 14.3 15.4 28,436 1 Muestra no probada por defecto de forja.

Tabla 3B

Y.S. U.T.S. %EL. %R.A. SIN

ID d ^,e C ^„ol ^,ad ^,a ^Tratam

_térmi.^iento

_coMuestra ksi MPa ksi MPa

Aleación A A A1 61.9 426.7 100.6 693.7 8.8 8.6 6,104 A2 60.8 418.9 115.7 797.5 95 85 7,568 Prom. 61.3 422.8 108.1 745.6 9.1 8.5 6,836 B B1 67.0 461.8 132.2 911.6 9.7 8.0 8,843 B2 65.2 449.4 154.9 1067.7 11.8 94 12,598 Prom. 66.1 455.6 143.5 989.6 10.8 8.7 10,721 C C1 62.8 433.1 146.3 1008.5 11.6 11.5 11,699 C2 63.0 434.1 132.3 912.4 12.1 11.5 11,040 Prom. 62.9 433.6 139.3 960.4 11.9 11.5 11,369 D D1 65.0 448.4 140.0 965.5 12.5 10.7 12,068 D2 62.9 433.5 127.6 879.7 10.1 10.8 8,885 Prom. 64.0 441.0 133.8 922.6 11.3 10.7 10,477 E E1 59.6 411.1 132.8 915.5 12.0 12.4 10,986 E2 57.3 395.1 117.4 809.7 10.7 11.5 8,663 Prom. 58.5 403.1 125.1 862.6 11.4 12.0 9,825

Tabla 3C

Y.S U.T.S. %EI . %R.A. SIN

ID d ^,e C ^„ol ^,ad ^,a ^Tra,.^tam.^iento

_térmicoM ^..uest ^,ra ksi MPa ksi MPa

Aleación B A A1 55.9 385.1 221.2 1525.2 6.7 6.5 10,265 A2 64.5 444.6 212.4 1464.1 67 59 9,853 Prom. 60.2 414.8 216.8 1494.7 6.7 6.2 10,059 B B1 91.7 632.2 220.5 1520.0 5.5 9.3 8,36

B2 79.5 547.9 208.6 1438.4 58 13.2 8,343 Prom. 85.6 590.1 214.5 1479.2 5.7 11.2 8,351 C C1 70.4 485.4 188.6 1300.4 4.9 4.1 6,372 C2 68.5 472.5 210.0 1447.8 55 40 7,963 Prom. 69.5 478.9 199.3 1374.1 5.2 4.1 7,168 D D1 68.3 471.1 195.6 1348.3 5.5 4.9 7,416 D2 66.9 461.5 219.3 1512.0 67 84 10,13 E E1 53.2 366.9 162.1 1117.6 3.7 3.3 4,135 E2 49.8 343.4 139.4 961.1 38 3.3 3,652 Prom. 51.5 355.2 150.7 1039.4 3.8 3.3 3,894

Tabla 3D

Y.S. U.T.S. %EI. %R.A. SIN

ID de Colada ^Tratamiento

_térmicoMuestra ksi MPa ksi MPa

Aleación C A A1 186.7 1287.5 300.7 2072.9 17.7 32.7 36,691

A2 184.8 1274.2 301.6 2079.3 14.4 23.2 29,942 Prom. 185.8 1280.8 301.1 2076.1 16.1 27.9 33,317 B B1 192.0 1323.7 255.7 1762.7 15.3 31.4 26,969

B2 196.0 1351.5 256.7 1770.1 18.5 39.6 32,747 Prom. 194.0 1337.6 256.2 1766.4 16.9 35.5 29,858 C C1 164.4 1133.4 304.5 2099.5 14.4 18.2 30,233

C2 165.0 1137.4 304.0 2096.0 15.4 18.3 32,278 Prom. 164.7 1135.4 304.3 2097.7 14.9 18.3 31,255 D D1 173.3 1194.8 274.1 1890.1 16.1 21.8 30,431

D2 177.0 1220.3 274.5 1892.4 19.3 39.6 36,524 Prom. 175.1 1207.6 274.3 1891.3 17.7 30.7 33,477 E E1 151.5 1044.4 304.0 2095.7 15.4 21.1 32,273

E2 162.3 1119.2 304.3 2097.7 18.0 35.8 37,759 Prom. 156.9 1081.8 304.1 2096.7 16.7 28.5 35,016

Ejemplo II

Con el fin de demostrar que la aleación de la presente invención es capaz de proporcionar la combinación deseada de propiedades cuando se escala a coladas de tamaño de producción comercial, se fundieron, procesaron y probaron dos coladas adicionales. Las composiciones de porcentaje en peso de las aleaciones probadas se exponen en la Tabla 4 a continuación. El ejemplo 2 representa la aleación de acuerdo con la composición A preferida de la aleación de acuerdo con la presente invención y el ejemplo 3 representa la aleación de acuerdo con la composición B preferida de la aleación de acuerdo con la presente invención.

Tabla 4

El balance de cada composición en la Tabla 4 es hierro e impurezas.

Los ejemplos 2 y 3 se fundieron y refinaron mediante ARC y AOD como coladas de 36.29-Mg (40 toneladas) y luego se colaron como palanquilla en una ruleta. Las palanquillas de colada continua se trabajaron en caliente y se mecanizaron en bruto en conjuntos de especímenes de tracción estándar duplicados. Se prepararon especímenes duplicados de ensayo de tracción para el Ejemplo 2 a partir de una banda laminada en caliente de 3.81 mm (0.150 pulgadas) de espesor. Se prepararon especímenes duplicados de ensayo de tracción para el Ejemplo 3 a partir de una banda laminada en caliente de 3.81 mm (0,150 pulgadas) de espesor como sigue. Se preparó un primer conjunto de especímenes a partir de la banda de 3.81 mm (0.150 pulg.) después de moler el material de banda hasta un espesor final de 2.8 mm (0.110 pulg.). Se preparó un segundo conjunto de especímenes laminando en frío el material de banda de 3.81 mm (0.150 pulg.) para formar una banda que tiene un espesor de 3.3 mm (0.130 pulg.). El material de la banda se molió hasta un espesor final de 2.2 mm (0.087 pulgadas). Se preparó un tercer conjunto de especímenes laminando en frío el material de banda para formar una banda que tiene un espesor de 2.8 mm (0.110 pulg.) y luego moliendo el material de la banda hasta un espesor final de 1.9 mm (0.074 pulg.).

Los pares de los especímenes de tracción del Ejemplo 2 se trataron térmicamente colocando los especímenes en bolsas de acero inoxidable que luego se rellenaron con gas argón y se dividieron en subconjuntos. Cada subconjunto se trató térmicamente de acuerdo con uno de los tratamientos térmicos A-H establecidos en la Tabla 2 anterior. La austenización se realizó manteniendo el subconjunto de especímenes a temperatura durante 1.5 horas y luego enfriando el aceite a temperatura ambiente. El templado se realizó manteniendo el subconjunto de especímenes a la temperatura de templado respectiva durante 2 horas seguido de enfriamiento con aire a temperatura ambiente.

Los pares de especímenes de tracción del Ejemplo 3 se trataron térmicamente en tres grupos. Un grupo se trató con calor con el Tratamiento térmico A en la Tabla 2 anterior. Un segundo grupo se trató térmicamente con el Tratamiento térmico C de la Tabla 2 y el tercer grupo se trató térmicamente con el Tratamiento térmico E de la tabla 2. La austenización se realizó manteniendo los especímenes a la temperatura respectiva durante 1.5 horas y luego enfriando con aire a temperatura ambiente. El templado se realizó manteniendo los especímenes a la temperatura de templado respectiva durante 2 horas seguido de enfriamiento con aire a temperatura ambiente.

Los resultados de las pruebas de tracción a temperatura ambiente para el Ejemplo 2 se presentan en la Tabla 5 a continuación, que incluye el límite elástico de compensación del 0.2% (YS), la resistencia a la tracción final (UTS), el porcentaje de alargamiento (% El.) y el porcentaje reducción en el área (% RA). También se incluyen en las tablas los cálculos del SIN para cada espécimen (SIN = UTS en MPa x% El.). Los valores promedio para cada par de los especímenes analizados también se presentan en las tablas.

Tabla 5

Y.S. U.T.S. %EI. %R.A. SIN

ID de Colada ^Tratamiento

_térmicoMuestra ksi MPa ksi MPa

Ejemplo 2 A A1 150.2 1035.5 267.9 1846.8 17.0 38.8 31,395

A2 141.9 978.3 271.6 1872.6 18.0 21.3 33,707 Prom. 146.0 1006.9 269.7 1859.7 17.5 30.0 32,551 B B1 161.2 111.2 230.7 1590.5 21.3 42.7 33,877

B2 159.9 1102.5 228.9 1578.2 20.2 31.3 31,879 Prom. 160.5 1106.9 229.8 1584.6 20.8 37.0 32,878 C C1 143.3 987.7 269.2 1856.4 17.9 31.3 33,229

C2 139.7 963.0 267.7 1845.8 20.1 39.2 37,101 Prom. 141.5 975.4 268.5 1851.1 19.0 35.2 35,165 D D1 146.6 1010.8 250.1 1724.4 20.6 36.6 35,522

D2 156.5 1079.0 245.4 1691.8 20.0 39.1 33,837 Prom. 151.6 1044.9 247.7 1708.1 20.3 37.8 34,68 E E1 141.9 978.6 265.6 1831.1 17.6 35.7 32,264

E2 137.5 948.0 275.1 1896.8 * 36.7 ** Prom. 139.7 963.3 270.3 1864.0 17.6 36.2 32,264 F F1 146.0 1006.5 243.0 1675.4 22.4 43.9 37,528

F2 147.2 1014.8 245.0 1689.2 * 40.4 ** Prom. 146.6 1010.6 244.0 1682.3 22.4 42.2 37,528 G G1 130.0 896.1 266.9 1840.5 17.9 29.1 32,945

G2 131.1 904.0 268.5 1851.4 17.8 24.4 32,584 Prom. 130.5 900.0 267.7 1845.9 17.8 26.8 32,765 H H1 137.3 946.7 262.4 1808.9 20.6 39.7 37,264

H2 136.8 942.9 267.8 1846.4 * 32.9 ** Prom. 137.0 944.8 265.1 1827.7 20.6 36.3 37,264 * = Medición invalida - El espécimen se rompió fuera de la sección de calibración

** = No se pudo calcular ningún valor.

Los resultados de los ensayos de tracción a temperatura ambiente para el Ejemplo 3 se presentan en las Tablas 6A, 6B y 6C a continuación.

Tabla 6A

Y.S. U.T.S. %EI. %R.A. SIN

ID de Colada ^Tratamiento

_térmicoMuestra ksi MPa ksi MPa

Ejemplo 3 6.6 1837.9 * * _{Grupo 1}A A1 174.0 1199.4 26 **

A2 173.9 1199.1 257.1 1772.3 13.9 41.3 24,635 Prom. 173.9 1199.2 261.8 1805.1 13.9 41.3 24,635 C C1 164.8 1136.3 253.4 1746.9 14.0 32.7 24,457

C2 169.0 1165.4 257.7 1776.9 14.6 23.2 25,924 Prom. 166.9 1150.8 255.5 1761.9 14.3 27.9 25,191 E E1 164.4 1133.4 257.3 1774.0 13.1 39.5 23,24

E2 172.5 1189.3 262.9 1812.6 13.0 35.5 23,492 Prom. 168.4 1161.4 260.1 1793.3 13.0 37.5 23,366 * = Medición invalida - El espécimen se rompió fuera de la sección de calibración

** = No se pudo calcular ningún valor.

Tabla 6B

Y.S. U.T.S. %EI. % R .A . SIN

ID de Colada ^Tratamiento

_térmicoMuestra ksi MPa ksi MPa

Ejemplo 3 A A1 179.4 1237.2 262.3 1808.4 * 33.2 *** Grupo 2 A2 177.3 1222.4 253.3 1746.2 * 41.9 *** Prom. 178.4 1229.3 257.8 1777.3 37.5

C C1**

C2 175.1 1207.4 263.2 1814.6 * 43.2 *** Prom. 175.1 1207.4 263.2 1814.6 43.2

E E1 171.0 1178.7 266.3 1836.2 * 36.9 *** E2 176.4 1215.9 265.2 1828.4 13.1 36.8 23,934 Prom. 173.7 1197.3 265.8 1832.3 13.1 36.8 23,934 * = Medición invalida - El espécimen se rompió fuera de la sección de calibración

** = No hay prueba porque la muestra se dañó durante el procesamiento.

*** No se pudo calcular ningún valor.

Tabla 6C

Y.S. U.T.S. %EI. %R.A. SIN

ID de Colada ^Tratam

_térmi ⁱ

_c ^e

_o ^ntoMuestra ksi MPa ksi MPa

Ejemplo 3

_{Grupo 3}A A1 191.5 1320.1 270.6 1865.6 * 40.7 **

A2 185.1 1276.3 263.2 1814.6 11.9 43.1 21,666

Prom. 188.3 1298.2 266.9 1840.1 11.9 41.9 21,666

C C1 167.8 1156.9 258.7 1783.8 12.8 46.5 22,797

C2 171.4 1181.6 263.3 1815.1 11.6 17.3 21,109

Prom. 169.6 1169.2 261.0 1799.4 12.2 46.9 21,953

E E1 171.1 1179.7 260.7 1797.1 12.6 44.5 22,554

E2 174.7 1204.2 260.5 1796.4 13.6 46.1 24,377

Prom. 172.9 1191.9 260.6 1796.8 13.1 45.3 23,465

* = Medición invalida - El espécimen se rompió fuera de la sección de calibración

** = No se pudo calcular ningún valor.

Los datos presentados en las Tablas 3A-3D, 5 y 6A-6C muestran que las aleaciones preferidas de acuerdo con la presente invención proporcionan una combinación deseable de resistencia y ductilidad que las hace especialmente adecuadas para su uso en partes automotrices hechas de formas de productos de calibre delgado como bandas y láminas. Aunque uno de los especímenes estaba demasiado dañado para ser probado y las medidas de alargamiento para algunos de los especímenes no eran válidas, en conjunto, los datos muestran que las realizaciones preferidas de la aleación de esta invención proporcionan la combinación de propiedades para las cuales la aleación fue diseñada. La combinación única de resistencia muy alta y ductilidad superior a la esperada, proporciona una solución novedosa a la industria automotriz para fabricar piezas conformadas de chasis y marco con peso reducido sin sacrificar resistencia y tenacidad.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aleación de acero que proporciona una combinación única de resistencia, tenacidad y ductilidad, donde dicha aleación consiste esencialmente en un porcentaje en peso

C 0.3-0.45

Mn 3.5-4.5

Si 1.0-2.0

Cr 0.6-2.5

Ni 0.6-5.0

Mo+/W hasta 0.5

Cu 0.3-1.0

Co 0.01 máximo

V+5/9Nb 0.1-0.5

Ti 0.025 máximo

Al 0.025 máximo

Ca 0.005 máximo

N 0.020 máximo

opcionalmente uno o ambos de 0.001-0.025% Y e 0.001-0.01% Mg:

y el balance es hierro y las impurezas habituales, en la que dichas impurezas incluyen no más de aproximadamente 0.03% de fósforo y no más de aproximadamente 0.003% de azufre; y en el que los elementos Si, Cu, V y Nb están balanceados de tal manera que

4.5 < (%Si %Cu)/(%V+(5/9) x %Nb) < 10.

2. La aleación como se reivindicó en la reivindicación 1, que tiene los siguientes intervalos de composición, en porcentaje en peso, para los elementos respectivos

Si 1.3-1.8

Cr 0.75-2.35

Ni 0.7-4.5

MO+/W hasta 0.3

Cu 0.4-0.7

V+5/9Nb 0.2-0.4

Ti 0.020 máximo

Al 0.020 máximo

Ca 0.002 máximo

3. La aleación como se reivindicó en la reivindicación 1, que tiene los siguientes intervalos de composición, en porcentaje en peso, para los elementos respectivos

C 0.30-0.40

Si 1.3-1.7

Cr 1.6-2.35

Ni 3.7-4.3

MO+/W 0.1 máximo

Cu 0.4-0.6

V+5/9Nb 0.30-0.40

Ti 0.020 máximo

Al 0.020 máximo

Ca 0.002 máximo

y en la que las impurezas incluyen no más de aproximadamente 0.025% de fósforo y no más de aproximadamente 0.0025% de azufre,

and en la que los elementos Mo, Cr, and C están balanceados de modo que

y

los elementos Mn y Ni están balanceados de modo que

4. La aleación como se reivindicó en la reivindicación 1, que tiene los siguientes intervalos de composición, en porcentaje en peso, para los elementos respectivos

C 0.30-0.36

Si 1.3-1.7

Cr 0.75-1.5

Ni 0.7-2.5

MO+/W 0.15-0.25

Cu 0.4-0.6

V+5/9Nb 0.20-0.30

Ti 0.020 máximo

Al 0.020 máximo

Ca 0.002 máximo

y en la que las impurezas incluyen no más de aproximadamente 0.025% de fósforo y no más de aproximadamente 0.0025% de azufre.

5. La aleación como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que (Mo+ /W ) es de al menos aproximadamente 0.20%.

6. La aleación como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 4, and 5 en la que los elementos Mo, Cr, and C están balanceados de modo que 3.5 < (%Mo % Cr)/(%C) < 7.5.

7. La aleación como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 4, 5, and 6 en la que los elementos Mn and Ni están balanceados de modo que 3.5 < %Mn+%Ni < 8.

8. La aleación como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que contiene 0.002-0.020% de itrio.

9. La aleación como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que contiene 0.001-0.006% de magnesio.

10. Un artículo de calibre delgado, tal como una lámina o una banda, hecho de la aleación reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho artículo de calibre delgado tiene un número de índice de banda de al menos 20,000, en el que el número de índice de banda se define como el producto de la resistencia a la tracción final en megapascales (MPa) y el porcentaje de alargamiento, y en el que dicho artículo de calibre delgado tiene un espesor de 0.0229 a menos de 6.35 mm.

11. Una parte conformada hecha del artículo de calibre delgado reivindicado en la reivindicación 10.