ES2748941T3 - Alambre de acero de alta resistencia a la tracción - Google Patents

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Abstract

Un elemento de acero alargado que presenta una sección transversal no redondeada, se encuentra en un estado de endurecimiento por acritud y consiste en una composición de acero: un contenido de carbono que va de 0,20 a 1,00 por ciento de peso, un contenido de silicio que va de 0,05 a 2,0 por ciento de peso, un contenido de manganeso que va de 0,40 a 1,0 por ciento de peso, un contenido de cromo que va de 0,0 a 1,0 por ciento de peso, un contenido, un contenido de azufre y fósforo que se limita individualmente a 0,025 por ciento de peso y contenidos de níquel, vanadio, aluminio, molibdeno o cobalto que se limitan individualmente a 0,5 por ciento de peso, el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables, siendo que dicho acero presenta una estructura martensítica que comprende granos martensíticos y menos de 1 vol% de austenita retenida, en el que se orienta una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de granos martensíticos.

Description

DESCRIPCIÓN
Alambre de acero de alta resistencia a la tracción
Campo técnico
La presente invención se refiere a un elemento de acero alargado de alta resistencia a la tracción, en particular, a un alambre de acero de alta resistencia a la tracción, a un proceso de fabricación de un elemento de acero alargado de alta resistencia a la tracción y a varias utilizaciones o aplicaciones de dicho elemento de acero alargado de alta resistencia a la tracción como alambre de resorte y de cable.
Antecedentes de la técnica
La Patente de los EE.UU. No. 5922149 describe un procedimiento para hacer alambres de acero y alambres con forma que utilizan para reforzar tubos flexibles. Un alambre con forma se produce mediante el trefilado de acero que consiste en 0,05-0,5% de C, de 0,4-1,5% de Mn, 0-2,5% de Cr, 0,1-0,6% de Si, 0-1% de Mo, no más de 0,25% de Ni y no más de 0,02% de S y P, y un primer tratamiento de calor se efectúa en el alambre con forma, incluyendo al menos una etapa de enfriamiento bajo condiciones predeterminadas para alcanzar una dureza HRC de al menos 32, una estructura de acero martensítica y bainítica y una pequeña cantidad de ferrita. La etapa de enfriamiento comprende pasar dicho alambre de acero a través de un horno de austenización a una temperatura superior al punto Ac3 del acero. El alambre con forma presenta un punto de ruptura Rm que no supera los 900 MPa después del tratamiento térmico.
La Solicitud de patente internacional No. 2011/151532 describe un alambre perfilado de acero de carbono de baja aleación pretendido para su utilización como componente de tubos flexibles. El alambre de acero presenta la siguiente composición: carbono entre 0,75 y 0,95%, manganeso entre 0,30 y 0,85%, menos del 0,4% de cromo, menos del 0,16% de vanadio, silicio entre 0,15 y 1,40%. El alambre de acero se fabrica primero por medio del laminado en caliente del tren del elemento alargado en su dominio austenítico, seguido por el enfriamiento hasta alcanzar la temperatura ambiente. El alambre perfilado se obtiene primero por medio del sometimiento del tren de laminado a un tratamiento termomecánico en dos fases consecutivas y ordenadas, es decir, un templado isotérmico para darle al tren de laminado una microestructura perlítica homogénea, y una posterior operación de transformación mecánica en frío con un índice de endurecimiento por acritud general comprendido entre el 50 y el 80% máx. para otorgarle su forma final. Después, el alambre perfilado obtenido se somete a un tratamiento de calor a una temperatura de 410 a 710°C que le otorga las características mecánicas finales deseadas. En la solicitud de patente, la microestructura a crear con el templado isotérmico es perlita para hacer que el acero soporte las deformaciones aplicadas mediante trefilado y/o laminado.
Comúnmente se utilizan los aceros de carbono en los estados crudos laminados en frío que presentan una estructura de ferrita-perlita y valores considerablemente altos de dureza y fuerza mecánica. Sin embargo, se ha descubierto que aumentar la fuerza mecánica más allá de ciertos límites hace que los aceros presenten una ductilidad inadecuada, tomando en cuenta, por ejemplo, las operaciones de forma previa y doblamiento que deben llevarse a cabo con un alambre de resorte, y las operaciones de refuerzo que se necesitan para el alambre de refuerzo. La Solicitud de patente internacional WO2013041541 ha descrito un tratamiento de calor específico en un alambre de acero con una composición de acero particular. Por consiguiente, el alambre de acero obtenido presenta una estructura metalúrgica con cierto volumen de austenita retenida y un alto alargamiento a la fractura. Se han realizado muchos esfuerzos en los alambres de acero para mejorar adicionalmente la resistencia a la tracción y presentar simultáneamente una ductilidad aceptable o deseable.
Descripción de la invención
La presente invención se define por medio del asunto de las reivindicaciones adjuntas. Un objeto de la presente invención es proporcionar un elemento de acero alargado con una resistencia a la tracción alta a extremadamente alta y una ductilidad aceptable.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un alambre de acero resistente a la tracción adecuado para su utilización como alambre de resorte o como un elemento para la producción de un cable.
Incluso otro objeto de la presente invención es proporcionar un proceso adecuado para fabricar un elemento de acero alargado, en particular, un alambre de acero con una resistencia a la tracción alta a extremadamente alta y una ductilidad aceptable.
La presente invención describe un elemento de acero alargado que presenta una muy alta resistencia a la tracción y ductilidad gracias a la microestructura martensítica orientada, y un procedimiento para producir dicho elemento de acero alargado en un proceso continuo. En el que el "elemento de acero alargado" significa un elemento de acero que presenta una dimensión pronunciada, es decir, longitud, que es significativamente más grande que las otras dos dimensiones, es decir, ancho y grosor, o diámetro. Por ejemplo, el "elemento de acero alargado" es un alambre de acero que presenta una longitud desde varios metros a varios kilómetros y una sección transversal con forma plana con un ancho y grosor en el orden de milímetros a varias decenas de milímetros, por ejemplo, de 0,5 a 50 mm, de 1 a 20 mm, y en el que el ancho es mayor que el grosor. En el contexto de la presente aplicación, "elemento de acero alargado" se refiere principalmente a un alambre de acero que incluye un alambre con forma y un alambre perfilado, una barra de acero, un tren de acero, un empalme de acero, una tira de acero, rieles de acero y cualquier miembro de acero que presente una forma alargada.
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un elemento de acero alargado que presenta una sección transversal no redondeada y se encuentra en un estado endurecido por acritud, siendo que dicho elemento de acero alargado consiste en una composición de acero:
un contenido de carbono que va de 0,20 a 1,00 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,50 a 0,75 por ciento de peso, o alrededor de 0,60 por ciento de peso, un contenido de silicio que va de 0,05 a 2,0 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,15 a 1,8 por ciento de peso, o alrededor de 0,20 o 1,40 por ciento de peso,
un contenido de manganeso que va de 0,40 a 1,0 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,50 a 0,80 por ciento de peso, o alrededor de 0,6 por ciento de peso,
un contenido de cromo que va de 0,0 a 1,0 por ciento de peso, por ejemplo, 0,01 a 1,0 por ciento de peso, de 0,10 a 0,90 por ciento de peso o de 0,50 a 0,80 por ciento de peso.
un contenido de azufre y fósforo que se limita individualmente a 0,025 por ciento de peso, por ejemplo, limitado a 0,015 por ciento de peso,
contenidos de níquel, vanadio, aluminio, molibdeno o cobalto que se limitan individualmente a 0,50 por ciento de peso, por ejemplo, limitados a 0,30 o 0,10 por ciento de peso,
el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables, y en el que la suma de las fracciones de peso de todos los elementos en el acero es igual al 100%, siendo que dicho acero presenta una estructura martensítica que comprende granos martensíticos y menos de 1 vol% de austenita retenida, en el que se orienta una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de granos martensíticos.
Se sabe que el acero martensítico es un material policristalino. Cuando los granos del material policristalino se orientan de manera aleatoria, el material policristalino no se orienta o no se texturiza. Bajo condiciones específicas, los granos del material policristalino pueden orientarse preferiblemente, y, en este caso, se dice que el material policristalino está "orientado", "alineado" o "texturizado". A menudo, se confrontan dos tipos de orientaciones y alineaciones, es decir la "orientación cristalográfica" y la "orientación microestructural". La orientación cristalográfica significa que los granos se orientan cristalográficamente, como con la alineación u orientación preferida de ciertos planos cristalográficos o direcciones cristalográficas. La orientación cristalográfica preferida se determina habitualmente a partir de un análisis de la dependencia de orientación de las intensidades de pico de difracción (como por medio del análisis de difracción de rayos X (XRD) o la difracción electrónica de retrodispersión (EBSD)) que se han medido en diferentes direcciones espaciales dentro del sistema de coordenadas de la muestra. Por el otro lado, si los granos del material policristalino presentan una forma morfológicamente anisotrópica, los granos también pueden presentar una "orientación microestructural" tal como la compresión uniaxial durante la formación del policristalino. Una "orientación microestructural" implica que los granos con forma anisotrópica están morfológicamente orientados en direcciones o planos preferidos. Esto puede detectarse por medio de un análisis de imágenes como la microscopía de barrido electrónico (SEM). Es más, la orientación cristalográfica a menudo se vincula con la orientación microestructural, ya que la anisotropía de la forma de los granos a menudo se relaciona con su cristalografía.
La martensita se produce como granos de cristal con forma de placa o listón. Cuando se los visualiza en la sección transversal, a los granos de cristal lenticulares (con forma de lentes) a veces se los describe como aciculares (con forma de aguja). Según la presente solicitud, en el alambre de acero martensítico producido, se orienta una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de granos martensíticos. El término "orientado" significa que los granos lenticulares se orientan ya sea de manera cristalográfica o microestructural, o se orientan tanto cristalográfica como microestructuralmente.
El porcentaje de volumen de la orientación cristalográfica puede obtenerse por medio del análisis de la difracción de rayos X (XRD) o mediante la difracción electrónica de retrodispersión (EBSD). El porcentaje de volumen de la orientación microestructural puede evaluarse por medio del análisis de imágenes.
En esta memoria, el término "orientado" no solo significa que el eje cristalográfico o el eje de los granos lenticulares se orientan exactamente en la misma dirección, como se ilustra con un a1 y un a2 en la fig. 1, sino que también hace referencia a la orientación dentro de una tolerancia. Cuando la dirección de ciertos ejes de granos (o ciertas direcciones cristalográficas) se desvía, como se presenta con el ángulo a en la fig. 1, dentro de 20°, preferiblemente dentro de 10° y más preferiblemente dentro de 5°, estos granos se consideran como orientados.
La orientación al menos hace referencia a una orientación preferida dimensional, por ejemplo, en la dirección perpendicular al plano de los granos lenticulares (dirección según se muestra con un ai, a2, por ejemplo, [001] en la fig. 1). Para una orientación dimensional, los granos lenticulares se distribuyen de manera aleatoria en las direcciones del plano lenticular (direcciones como se muestran con un a4, a5, en la fig. 1). La orientación también puede hacer referencia a la orientación preferida dimensional, es decir que los granos se orientan preferiblemente en dos direcciones ortogonales, por ejemplo, [001] y [100].
El elemento de acero alargado de la invención puede encontrarse en un estado endurecido por acritud, lo que significa que el elemento de acero alargado se endurece por acritud por medio de una transformación mecánica tal como el trefilado o laminado del alambre. El trefilado de alambre es un proceso de trabajo de metal que se utiliza para reducir la sección transversal de un alambre por medio de tirar el alambre a través de una sola o una serie de matrices de trefilado. El laminado del alambre es un proceso para reducir el área transversal o dar forma a una pieza de metal a través de la deformación causada por un par de rodillos de metal que rotan en direcciones opuestas. Se sabe que el endurecimiento por acritud aumenta la resistencia a la tracción Rm y disminuye la ductilidad del alambre. La ductilidad del alambre puede reflejarse por medio del alargamiento a la fractura At. Como se ilustrará en lo sucesivo, en comparación con los alambres de acero tradicionales, el alambre de acero de la invención con una composición específica solo necesita unas pocas etapas de reducciones para alcanzar niveles comparativos de resistencia a la tracción con un alto nivel de alargamiento.
Según la presente invención, el elemento de acero alargado presenta una ventaja adicional cuando su sección transversal no es redonda. Los granos martensíticos del acero según la presente invención se orientan, y la orientación normalmente se vincula con la producción de los elementos de acero alargados. La orientación de los granos martensíticos o la textura del producto presenta, entonces, cierta relación con la geometría o la dimensión del producto. Por ejemplo, debido a la fuerza de compactación direccional específica, la textura de un alambre con forma plana laminado en frío se compara mejor con un alambre trefilado que presenta una sección transversal redondeada. Es más, la dirección de orientación de los granos martensíticos del alambre con forma plana laminado en frío relativa a la geometría del producto puede reconocerse a partir de la anisotropía de la sección transversal no redondeada.
Preferiblemente, se orienta una fracción de al menos 20 por ciento de volumen de granos martensíticos. Más preferiblemente, se orienta una fracción de al menos 30 por ciento de volumen de granos martensíticos. Aún más preferiblemente, se orienta una fracción de al menos 40 por ciento de volumen de granos martensíticos.
El elemento de acero alargado según la presente solicitud presenta preferiblemente un límite elástico Rp0,2 que es al menos el 80 por ciento de la resistencia a la tracción Rm. Rp0,2 es el límite elástico a 0,2% de alargamiento permanente. Más preferiblemente, la relación de límite elástico a la tracción, es decir, Rp0,2/Rm, es de entre el 80 y el 96 por ciento. Por lo tanto, el alambre de acero después de la deformación elástica aún puede deformarse en cierta medida antes de romperse. Sin embargo, como se citará adicionalmente, el tratamiento de calor consecutivo puede resultar en una muy alta relación de límite elástico a la tracción (con la Rm antes del tratamiento de calor siendo más alta o igual a la Rm después de dicho tratamiento) en combinación con un alargamiento a la fractura At superior al 3%.
El elemento de acero alargado según la presente solicitud presenta, preferiblemente, un recubrimiento de resistencia a la corrosión. Más preferiblemente, el alambre de acero presenta un recubrimiento de resistencia a la corrosión seleccionado de entre cualquiera de los siguientes: zinc, aluminio, níquel, plata, cobre o sus aleaciones. En un caso así, los alambres presentan un tiempo de vida prolongado incluso en un entorno corrosivo y adverso.
Sin un tratamiento de calor consecutivo, el elemento de acero alargado puede presentar una resistencia a la tracción Rm de al menos 1200 MPa y un alargamiento a la fractura At de al menos 3 por ciento. El elemento de acero alargado puede encontrarse en un estado de laminado en frío. El elemento de acero alargado puede ser un alambre de forma plana y, por consiguiente, presentar una "cruz de herrero" en la sección transversal. Sin el tratamiento de calor consecutivo, el alambre de acero con forma plana presenta una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa para el área transversal debajo de 300 mm2, al menos 1300 MPa para el área transversal debajo de 100 mm2 y al menos 1400 MPa para el área transversal por debajo de 5 mm2. Preferiblemente, la Rm puede ajustarse hacia abajo a 1000 MPa con un tratamiento de calor consecutivo. Con un tratamiento de calor consecutivo, la resistencia a la tracción Rm puede ajustarse, dependiendo del tiempo y la temperatura del ciclo térmico, entre la Rm obtenida antes del tratamiento de calor y hacia abajo hasta 1000 MPa.
Según un segundo aspecto de la presente invención, el elemento de acero alargado puede utilizarse como un alambre de resorte o un elemento para producir un cable.
Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un proceso para fabricar un elemento de acero alargado, el cual presenta una sección transversal no redondeada, se encuentra en un estado de endurecimiento por acritud y consiste en una composición de acero:
un contenido de carbono que va de 0,20 a 1,00 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,50 a 0,75 por ciento de peso, o alrededor de 0,60 por ciento de peso, un contenido de silicio que va de 0,05 a 2,0 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,15 a 1,8 por ciento de peso, o alrededor de 0,20 o 1,40 por ciento de peso,
un contenido de manganeso que va de 0,40 a 1,0 por ciento de peso, por ejemplo, de 0,50 a 0,80 por ciento de peso, o alrededor de 0,6 por ciento de peso,
un contenido de cromo que va de 0,0 a 1,0 por ciento de peso, por ejemplo, 0,01 a 1,0 por ciento de peso, de 0,10 a 0,90 por ciento de peso o de 0,50 a 0,80 por ciento de peso.
un contenido de azufre y fósforo que se limita individualmente a 0,025 por ciento de peso, por ejemplo, limitado a 0,015 por ciento de peso,
contenidos de níquel, vanadio, aluminio, molibdeno o cobalto que se limitan individualmente a 0,50 por ciento de peso, por ejemplo, limitados a 0,30 o 0,10 por ciento de peso,
el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables, y en el que la suma de las fracciones de peso de todos los elementos en el acero es igual al 100%, siendo que dicho acero presenta una estructura martensítica que comprende granos martensíticos y menos de 1 vol% de austenita retenida, en el que se orienta una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de granos martensíticos.
Dicho proceso comprende las siguientes etapas en orden:
a) austenizar un lingote de acero, un tren de laminado de acero o un alambre de acero (trefilado o laminado) encima de la temperatura Ac3 durante un período de menos de 120 segundos,
b) enfriar dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero austenizado por debajo de 100°C durante un período de menos de 60 segundos,
c) templar dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero enfriado entre 320 y 700°C durante un período que va de 10 a 600 segundos,
d) endurecer por acritud dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero enfriado y templado en un elemento de acero alargado.
En la técnica anterior, como en la descripción de la Patente de los EE.UU. No. 5922149, el alambre de acero o laminado de acero se deformó o endureció por acritud primero hasta obtener la dimensión final y a partir de ahí se lo enfrió y templó, como se muestra esquemáticamente en la fig. 2. Por el contrario, según la presente invención, el lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero se enfría en primer lugar por debajo de la temperatura a la que termina la formación de martensita, en un tiempo breve que resulta en una estructura martensítica. En esta estructura martensítica, casi no hay o hay una cantidad muy limitada, según la invención, como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas, de menos de 1 vol% de austenita retenida. A partir de ahí, se procede al templado y enfriamiento del tren laminado o alambre de acero. Después, se deforma o endurece por acritud el acero martensítico templado, por ejemplo, por trefilado o laminado, hasta obtener la dimensión final, como se muestra esquemáticamente en la fig. 3. La orientación de los granos martensíticos es un resultado de la fuerza de compresión aplicada por medio del trefilado o laminado en los elementos de acero alargados martensíticos enfriados y templados. El grado de orientación depende principalmente de la fuerza de compresión aplicada y el endurecimiento por deformación.
La presente invención recibe ventajas y resultados técnicos inesperados. Habitualmente, en el procesamiento de alambres, el enfriamiento y temple es la etapa final, y siempre se ha indicado que la martensita es perjudicial para el trefilado o laminado. La resistencia a la tracción del alambre martensítico según la presente invención es muy alta y la combinación del nivel de resistencia a la tracción con el alto nivel de ductilidad no es común. El sorprendente resultado obtenido por medio del trefilado y el laminado del acero martensítico templado puede atribuirse a la aleación especial del acero (microaleación con Cr y Si) en comparación con los aceros eutectoides convencionales. La orientación de los granos martensíticos en el elemento de acero alargado deformado en frío es el resultado de la fuerza de compresión aplicada por medio de la deformación en el acero martensítico enfriado y templado. El efecto de sinergia de la composición y el proceso de la presente solicitud resulta en un elemento de acero alargado martensítico que presenta una orientación martensítica preferida.
El proceso puede comprender además una etapa de e) envejecer dicho elemento de acero alargado endurecido por acritud a una temperatura entre 100 y 250°C.
Preferiblemente, en el proceso, dicho endurecimiento por acritud se produce a una temperatura por debajo de 700°C. Según una realización preferida, dicho endurecimiento por acritud es un laminado en frío. La deformación en frío ha añadido el efecto de endurecimiento por acritud y el fortalecimiento del material y, por consiguiente, mejora adicionalmente las propiedades mecánicas del material. También mejora la terminación de la superficie y mantiene tolerancias más estrictas que permiten calidades deseables, las cuales no pueden obtenerse por medio de la deformación en caliente. De manera alternativa, según otra realización posible, dicho endurecimiento por acritud es un laminado en caliente que se produce entre 400 y 700°C. Para una reducción similar, la aplicación del laminado en caliente reduce significativamente la cantidad de pases requeridos, la carga en las láminas y simplifica el proceso.
El proceso puede comprender además la etapa alternativa de e) recocer dicho elemento de acero alargado endurecido por acritud a una temperatura entre 350 y 700°C. La etapa de recocido puede eliminar tensiones residuales, aumentar la relación de límite elástico a la tracción y mejorar, además, la ductilidad de los elementos de acero alargados. Breve descripción de las figuras en los dibujos
La invención se entenderá mejor con referencia a la descripción detallada cuando se la considere en conjunto con los ejemplos no limitantes y los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 muestra esquemáticamente la orientación de los granos en materiales policritalográficos.
La figura 2 ilustra un proceso termomecánico para alambres de acero según la técnica anterior.
La figura 3 ilustra el proceso termomecánico para alambres de acero según la presente invención.
La figura 4 ilustra una curva de temperatura en comparación con una curva de tiempo para un proceso térmico según la presente invención.
La figura 5 muestra la resistencia a la tracción/límite elástico, y el alargamiento como una función de la reducción del grosor, según la segunda realización de la presente invención.
La figura 6 es una vista esquemática de la "cruz de herrero" en la sección transversal de los elementos de acero alargados con forma plana producidos según la presente invención.
La figura 7 (a) muestra la microestructura electrónica de barrido (SEM) cerca del centro de la "cruz de herrero" del alambre de acero con forma plana.
La figura 7 (b) muestra la microestructura electrónica de barrido en el borde corto de la sección transversal del alambre de acero con forma plana.
La figura 7 (c) muestra la microestructura electrónica de barrido en el borde largo de la sección transversal del alambre de acero con forma plana.
La figura 8 es una vista esquemática de la sección transversal de un tren de laminado después de algún tratamiento térmico según la presente invención.
La figura 9 (a) muestra la microestructura electrónica de barrido cerca del centro del tren de laminado.
La figura 9 (b) muestra la microestructura electrónica de barrido en el borde del tren de laminado.
La figura 10 muestra el desarrollo de la resistencia a la tracción/límite elástico, y el alargamiento del alambre de acero según la presente invención como una función de la temperatura de recocido.
Modos de llevar a cabo la invención
La figura 4 ilustra una curva de temperatura adecuada en comparación con una curva de tiempo aplicadas al tren de laminado o alambre de acero con un diámetro de 6,5 mm y con la siguiente composición del acero:
- % de peso C = 0,55% de peso Mn = 0,65
- % de peso Si = 1,4
- % de peso Cr = 0,6
el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables.
La temperatura inicial de la transformación de la martensita Ms de este acero es de alrededor de 280°C y la temperatura Mf, a la que termina la formación de la martensita, es de alrededor de 100°C.
Las varias etapas del proceso son las siguientes:
- una primera etapa de austenización (10) durante la cual el acero permanece en el horno a alrededor de 950°C durante 120 segundos;
- una segunda etapa de enfriamiento (12) para la transformación de la martensita en aceite a una temperatura por debajo de 100°C durante al menos 20 segundos;
- una tercera etapa de templado (14) para aumentar la dureza a una temperatura de alrededor de 450°C durante menos de 60 segundos; y
- una cuarta etapa de enfriamiento (16) a temperatura ambiente durante 20 segundos o más.
La curva 18 es la curva de temperatura en las varias partes del equipo (horno, baño, etc.) y la curva 19 es la temperatura del tren de laminado o alambre de acero.
Después del tratamiento térmico anterior, el alambre o tren de laminado de acero presenta una microestructura martensítica templada.
El alambre o tren de laminado de acero martensítico formado se continúa con el laminado en frío, es decir, por debajo de 400°C hasta obtener la forma plana. El elemento de acero se lamina en frío para obtener la dimensión final a través de varios soportes de laminado. Cuanto mayor sea la cantidad de soportes de laminado por los que pasa el alambre de acero, mayor será la reducción del grosor. La tensión del alambre de acero puede medirse y controlarse. Es importante minimizar o eliminar la tensión en el alambre de acero que se mueve entre los soportes de laminado. La tensión puede resultar en un estrechamiento sustancial del acero. A fin de minimizar la tensión, es posible utilizar un sistema de regulación de velocidad de precisión para controlar la velocidad a la que se accionan los rodillos. Como un ejemplo, se inserta un borde rodante entre dos grosores que ruedan.
El límite elástico (Rp0,2) y la resistencia a la tracción (Rm) a un nivel de reducción de grosor diferente, junto con el alargamiento a la fractura At se muestran en la fig. 5. Como se muestra en la fig. 5, tanto el límite elástico como la resistencia a la tracción aumentan con la reducción del grosor. La relación de límite elástico a la tracción es de entre 80 y 96. Presentando una reducción del grosor del 60%, la resistencia a la tracción del alambre de acero con forma plana puede ir hasta 2200 MPa sin fallar o romperse. Dicho alambre de acero con forma plana presenta un alargamiento a la fractura At de alrededor del 2% que es aceptable para un procesamiento adicional u operaciones como el doblamiento.
Esta muy alta resistencia a la tracción es una consecuencia de los granos martensíticos orientados en el alambre de acero después del laminado. La orientación se analizó por medio de un análisis de imágenes y parece que una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de los granos martensíticos está orientada.
En particular, los granos martensíticos están bien orientados cerca de la famosa "cruz de herrero" (como se muestra en la fig. 6) caracterizada por un área de deformación máxima creada debido al laminado. En algunos casos, también se la llama "cruz de laminación", ya que es una formación de bandas de corte macroscópicas. En términos de tensiones, el laminado presenta una repartición heterogénea de componentes de tensión entre el centro, el borde largo y el borde corto del alambre con forma plana. Las deformaciones más altas o la deformación más fuerte ocurren en un área cruzada como se muestra esquemáticamente en la fig. 6. La distribución de deformaciones determina la orientación de los granos martensíticos con forma lenticular, de modo tal que las martensitas se comprimen mucho mejor y entonces se orientan cerca de esta área de cruce (por ejemplo, en la posición indicada como (a) en la fig. 6) en comparación con la orientación cerca de los bordes corto y largo (posiciones indicadas respectivamente como (b) y (c) en la vista de la sección transversal de la fig. 6). La figura 7(a) y la figura 7(b) y (c) muestra respectivamente las microestructuras de la sección transversal cerca del centro (indicada como (a) en la fig. 6) y cerca de los bordes corto y largo del alambre con forma plana (indicadas respectivamente como (b) y (c) en la fig. 6) laminado en frío hasta 11,9 mm de ancho y 3,5 mm de grosor. Como se muestra en la fig. 7(a), los granos martensíticos con forma lenticular parecen tener una microestructura con forma tipo aguja y están bien orientados. Se ha descubierto que, en particular, cerca del centro de la sección transversal, los ejes de los granos de cristal martensítico lenticulares (con forma de lentes) se orientan de manera sustancialmente normal hacia el borde largo del alambre con forma plana. El grado de orientación de los granos martensíticos en los bordes, como se muestra en la fig. 7(b) & (c) no es tan alto como el que se muestra en la fig. 7(a), que se encuentra cerca del centro.
Como comparación, la microestructura en el borde (indicada por la posición (b) en la fig. 8) y cerca del centro (indicada por la posición (a) en la fig. 8) de un tren de laminado con una sección transversal redondeada (Fig. 8) también se observa y se muestra en la fig. 9. El tren de laminado pasó a través del mismo tratamiento térmico que el alambre con forma plana de la invención, y no se aplica ninguna deformación en frío a este tren de laminado durante ni después del tratamiento térmico. Sin la deformación en frío, el tren de laminado parece una microestructura homogénea. Los granos martensíticos se orientan aleatoriamente ya sea cerca del centro (Fig. 9(A)) o en el borde (Fig. 9(B)) del tren de laminado.
Como una etapa adicional y opcional, puede usarse un tratamiento de recocido después del laminado a fin de eliminar tensiones. El alambre con forma plana laminado en frío inicial presenta una resistencia a la tracción de alrededor de 2020 MPa, un límite elástico de alrededor de 1750 MPa y un alargamiento a la fractura de alrededor de 4,2%. Los aceros endurecidos por acritud pasan continuamente a una velocidad de 15 m/min a través de un horno o estufa de recocido a una temperatura de entre 350 a 750°C. El desarrollo de la resistencia a la tracción (Rm-R), el límite elástico (Rpo,2-R) y un alargamiento a la fractura (At-R) del alambre de acero como una función de la temperatura de recocido (AT) se muestran en la fig. 10. En los casos en que el alambre se recoció a baja temperatura, es decir, alrededor de 400 o 450°C, el alargamiento no se mejoró e incluso disminuyó ligeramente. Sin embargo, en los casos en que se lo recoció a una temperatura sobre 500°C, el alargamiento a la fractura (At-RTA) del alambre de acero endurecido por acritud aumenta con la temperatura de recocido, como se muestra en la fig. 10. En los casos en que el alambre de acero se recoció a 700°C, el alargamiento a la fractura (At-RTA) del alambre de acero puede subir a alrededor de 9,5%. Tanto la resistencia a la tracción (Rm-RTA) como el límite elástico (Rp0,2-RTA) disminuyen con la temperatura de recocido del alambre de acero.
Como un ejemplo, el alambre de acero endurecido por acritud se recoce a fin de reducir su resistencia a la tracción Rm de alrededor de 2020 MPa a un valor comprendido entre 1000 y 1500 MPa, preferiblemente comprendido entre 1200 y 1500 MPa. Como otro ejemplo, el alambre de acero endurecido por acritud se recoce a fin de reducir su resistencia a la tracción Rm de alrededor de 2020 MPa a un valor comprendido entre 1500 y 1900 MPa, preferiblemente comprendido entre 1600 y 1800 MPa. El tratamiento de recocido, por un lado, influencia significativamente la fuerza y alargamiento de alambre y, por el otro lado, también puede controlarse para mejorar la resistencia a la fatiga, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la degradación por hidrógeno.
Según la presente invención, de manera alternativa, el laminado en caliente se utiliza para aplanar o reducir el grosor del alambre de acero. El alambre plano o redondo enfriado y templado primero se calienta hasta una temperatura de entre 400 y 700°C en un horno o estufa antes del laminado en caliente, preferiblemente en un horno de calor de inducción de frecuencia mediana. Aquí, la frecuencia mediana significa una frecuencia en el intervalo de 10 a 200 kHz. Preferiblemente, durante el laminado en caliente, se utiliza una unidad de compensación que ajusta la temperatura del acero para compensar la pérdida de calor que puede producirse durante la etapa de laminado.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un elemento de acero alargado que presenta una sección transversal no redondeada, se encuentra en un estado de endurecimiento por acritud y consiste en una composición de acero:
un contenido de carbono que va de 0,20 a 1,00 por ciento de peso, un contenido de silicio que va de 0,05 a 2,0 por ciento de peso, un contenido de manganeso que va de 0,40 a 1,0 por ciento de peso, un contenido de cromo que va de 0,0 a 1,0 por ciento de peso, un contenido, un contenido de azufre y fósforo que se limita individualmente a 0,025 por ciento de peso y contenidos de níquel, vanadio, aluminio, molibdeno o cobalto que se limitan individualmente a 0,5 por ciento de peso,
el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables,
siendo que dicho acero presenta una estructura martensítica que comprende granos martensíticos y menos de 1 vol% de austenita retenida,
en el que se orienta una fracción de al menos 10 por ciento de volumen de granos martensíticos.
2. Un elemento de acero alargado según la reivindicación 1, en el que se orienta una fracción de al menos 20 por ciento del volumen de granos martensíticos.
3. Un elemento de acero alargado según la reivindicación 1, en el que se orienta una fracción de al menos 40 por ciento del volumen de granos martensíticos.
4. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo que dicho elemento de acero alargado presenta un límite elástico Rp0,2 que es al menos el 80 por ciento de la resistencia a la tracción Rm.
5. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo que dicho elemento de acero alargado presenta una resistencia a la tracción Rm de al menos 1200 MPa y un alargamiento a la fractura At de al menos un 3 por ciento.
6. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo que dicho elemento de acero alargado presenta una resistencia a la tracción Rm de al menos 1200 MPa para el área transversal debajo de 300 mm2, al menos 1300 MPa para el área transversal debajo de 100 mm2 y al menos 1400 MPa para el área transversal por debajo de 5 mm2.
7. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo que dicho elemento de acero alargado se encuentra en un estado laminado en frío.
8. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, siendo que dicho elemento de acero alargado se encuentra en un estado laminado en caliente.
9. Un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, siendo que dicho elemento de acero alargado es un alambre de forma plana.
10. Un elemento de acero alargado según la reivindicación 9, en el que dicho alambre con forma plana presenta una "cruz de herrero" visible en su sección transversal.
11. Utilización de un elemento de acero alargado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores como un alambre de resorte o un elemento para producir un cable.
12. Un proceso para fabricar un elemento de acero alargado, el cual presenta una sección transversal no redondeada, se encuentra en un estado de endurecimiento por acritud y consiste en una composición de acero: un contenido de carbono que va de 0,20 a 1,00 por ciento de peso,
un contenido de silicio que va de 0,05 a 2,0 por ciento de peso,
un contenido de manganeso que va de 0,40 a 1,0 por ciento de peso,
un contenido de cromo que va de 0,0 a 1,0 por ciento de peso,
un contenido, un contenido de azufre y fósforo que se limita individualmente a 0,025 por ciento de peso, contenidos de níquel, vanadio, aluminio, molibdeno o cobalto que se limitan individualmente a 0,5 por ciento de peso, el resto corresponde a hierro e impurezas inevitables, siendo que dicho acero presenta una estructura martensítica que comprende granos martensíticos y menos de 1 vol% de austenita retenida,
en el que se orienta una fracción de al menos 10 por ciento del volumen de los granos martensíticos, siendo que dicho proceso comprende las siguientes etapas en orden:
a) austenizar un lingote de acero, un tren de laminado de acero o un alambre de acero (trefilado o laminado) encima de la temperatura Ac3 durante un período de menos de 120 segundos,
b) enfriar dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero austenizado por debajo de 100°C durante un período de menos de 60 segundos,
c) templar dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero enfriado entre 320 y 700°C durante un período que va de 10 a 600 segundos,
d) endurecer por acritud dicho lingote de acero, tren de laminado de acero o alambre de acero enfriado y templado en un elemento de acero alargado.
13. Un proceso según la reivindicación 12, siendo que dicho proceso comprende además la etapa de e) recocer dicho elemento de acero alargado endurecido por acritud a una temperatura entre 350 y 700°C.
14. Un proceso según una de las reivindicaciones 12 o 13, en el que dicho endurecimiento por acritud es laminado en frío.
15. Un proceso según la reivindicación 12 o 13, en el que dicho endurecimiento por acritud es el laminado en caliente que se produce entre 400 y 700°C.
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