ES2864159T3 - Producto de banda de acero laminado en caliente de ultra alta resistencia - Google Patents

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Pasi Suikkanen
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Abstract

Un producto de banda de acero laminado en caliente que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa, límite de alargamiento (Rp0.2/Rm) de más de 0.85 y un espesor de menos de 12 mm, cuya composición en porcentaje en peso es C: 0.03-0.08, Si: 0.01-0.8, Mn: 0.8-2.5, Al: 0.01-0.15, Cr: 0.01-2.0, B: 0.0005-0.005, Nb: 0.005-0.07, Ti: 0.005-0.12, N: <0.01, P: <0.02, S: <0.004, y opcionalmente Ca menos de 0.01, V menos de 0.1, Mo menos de 0.5, Cu menos de 0.5 y Ni menos de 0.5, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y que tiene una microestructura que comprende más de 50% de bainita superior en términos de porcentajes de área, en donde un límite superior para el contenido total de martensita, constituyentes MA, perlita o ferrita poligonal es 20% en términos de porcentajes de área.

Description

DESCRIPCIÓN
Producto de banda de acero laminado en caliente de ultra alta resistencia
Campo de la presente invención
La presente invención se refiere a productos delgados de acero laminado en caliente de ultra alta resistencia (UHSS), y más específicamente a bandas de acero laminado en caliente, con ultra alta resistencia y buena capacidad de flexión, cuyas bandas se usan, por ejemplo, en estructuras de bastidor de vehículos, otras construcciones móviles u otras estructuras que requieren peso ligero.
Antecedentes
Los productos de acero laminado en caliente de alta y ultra alta resistencia (HSS/UHSS) que tienen espesor bajo, es decir, productos de banda de acero, se usan popularmente, por ejemplo, en vehículos u otras construcciones móviles que requieren estructuras de peso ligero. La resistencia del HSS/UHSS moderno proporciona un excelente resultado final, especialmente en bandas de acero laminado en caliente de espesor bajo. El uso de aceros de espesor bajo (posible por la resistencia ultra alta) disminuye el peso total de la construcción dando como resultado la reducción de las emisiones de CO2 , por ejemplo.
El documento EP1375694 B2 (PL1) describe una banda de acero de temple directo de alto rendimiento, por ejemplo, en términos de resistencia y tenacidad al impacto. Sin embargo, es un fenómeno bien conocido que el radio de curvatura interno mínimo permisible aumenta cuando aumenta el espesor del material de acero, aunque normalmente se da como proporcional al espesor (t). Por esta razón, la banda de acero de acuerdo con la patente mencionada antes ha logrado un radio de curvatura interno mínimo permisible de 3,5*t medido en ambas direcciones de curvatura en relación con la dirección de laminado hasta un espesor de 12 mm, pero un valor más bajo ha sido difícil de lograr sin comprometer otras propiedades, en especial en el intervalo de espesor de 10-12 mm. Además, se ha encontrado problemático resolver la excelente combinación de resistencia, capacidad de flexión y tenacidad a baja temperatura, en especial cuando el espesor está en el intervalo de espesor de 10-12 mm. Como se puede ver, el contenido de carbono de los aceros según PL1 ha sido de al menos 0.08%.
El documento WO2013/007729 A1 (PL2) describe una banda de acero de alta resistencia laminado en caliente con una resistencia mejorada al ablandamiento de HAZ y el método para producir dicho acero. PL2 no describe los resultados de la capacidad de flexión y enseña que se obtiene una buena capacidad de flexión de este tipo de producto limitando el contenido de P y S en el acero. Además, PL2 se dirige al acero que tiene un límite elástico de al menos 960 Pa y contenido de carbono alto.
El documento WO2007/051080 A2 (PL3) describe acero de doble fase de alta resistencia con límite de alargamiento bajo. El acero según PL3 se produce por un procedimiento de enfriamiento distinguible y no es adecuado para usar como un acero estructural debido al bajo límite de alargamiento típico para los aceros de doble fase. Además, PL3 se refiere a chapas de acero que tienen un espesor de más de 16 mm como se muestra en los ejemplos y también además PL3 no describe enseñanzas relacionadas con la capacidad de flexión.
El documento JP2012188731 se dirige a proporcionar una lámina de acero laminado en caliente de alta resistencia y límite de alargamiento bajo, excelente en tenacidad a baja temperatura y adecuada para materia prima de tubos de acero. La lámina de acero tiene una composición que contiene, en masa, 0.03-0.10% de C, 0.01 -0.50% de Si, 1.4-2.2% de Mn, 0.005-0.10% de Al, 0.02-0.10% de Nb, 0.001 -0.030% de Ti, 0.05-0.50% de Mo, 0.05-0.50% de Cr, y 0.01 -0.50% de Ni de modo que Moeq definido por la siguiente expresión (1) está dentro del intervalo de 1.4 a 2.2%. La lámina de acero tiene una estructura que contiene una ferrita bainítica que tiene un diámetro medio de granos < 10 pm como una fase principal y martensita masiva que tiene una relación de áreas de 1.4 a 15% y relación de dimensiones < 5.0 como una segunda fase, en donde el tamaño de la martensita masiva es preferiblemente < 5.0 pm como máximo y de 0.5 a 3.0 pm en promedio. La expresión (1):
Moeq(%)= Mo+0.36Cr+0.77Mn+0.07N.
El documento EP 1865083 describe una lámina de acero laminado en caliente de alta resistencia que contiene C: de 0.05 a 0.15%, Si: no más de 1.50% (excluyendo 0%), Mn: de 0.5 a 2.5%, P: no más de 0.035% (excluyendo 0%), S: no más de 0.01 (incluyendo 0%), Al: de 0.02 a 0.15%, y Ti: de 0.05 a 0.2%, que se caracteriza por que su estructura metalográfica está compuesta de 60 a 95% en volumen de bainita, y ferrita endurecida en solución solida o endurecida por precipitación (o ferrita y martensita) y su temperatura de transición de aparición de fractura (vT rs ) no es mayor de 0°C como se obtiene por ensayo de impacto. (% en términos de % en peso).
La publicación internacional WO 2008/054166 describe una chapa de acero para tuberías que tiene resistencia ultra alta y excelente tenacidad a baja temperatura, y un método para su fabricación. La chapa de acero tiene una resistencia de 930 MPa o más y excelente tenacidad incluso con cantidades mucho menores de elementos de aleación que las de las chapas de acero convencionales, y un método para su fabricación. El acero comprende en % en peso: 0.03 ~ 0.10% de C; 0 ~ 0.6% de Si; 1.6 - 2.1% de Mn; 0 ~ 1.0% de Cu; 0-1.0% de Ni; 0.02-0.06% de Nb; 0-0.1% de V; 0.1-0.5% de Mo; 0-1.0% de Cr; 0.005-0.03% de Ti; 0.01-0.06% de Al; 0.0005-0.0025% de B; 0.001-0.006% de N; 00.006% de Ca; 0.02% o menos de P; 0.005% o menos de S; y el resto de Fe e impurezas inevitables. La microestructura comprende al menos aproximadamente 75 por ciento de área de mezcla de ferrita bainítica y ferrita acicular.
Por lo tanto, una banda de acero de ultra alta resistencia, que tiene un límite de alargamiento (Rp0.2/Rm) de más de 0.85, por lo tanto, es adecuada para su uso como acero estructural y que tiene una excelente capacidad de flexión de hasta 12 mm sería muy deseable para mejorar más la usabilidad de productos de acero de templado directo delgados de alto rendimiento.
Objeto
Un objeto de la invención es al menos aliviar o incluso eliminar los problemas e inconvenientes relacionados con la técnica anterior conocida proporcionando un producto de acero laminado en caliente de resistencia ultra alta, que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa y una capacidad de flexión mejorada. Además, un objetivo preferido también es conseguir una banda de acero de resistencia ultra alta con excelente tenacidad al impacto a baja temperatura.
El objetivo se consigue con el producto de banda de acero laminado en caliente según la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes 2 a 10 describen realizaciones preferidas.
Breve descripción
Los autores de la presente invención han descubierto sorprendentemente que la capacidad de flexión de una banda de acero de ultra alta resistencia templada directamente que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa y un límite de alargamiento (Rp0.2/Rm) de más de 0.85 se puede mejorar significativamente produciendo una microestructura que comprende bainita superior y aplicando un bajo contenido de carbono (0.03-0.08% en peso) junto con otra composición especificada, en particular junto con un contenido de aleación de niobio cuidadosamente definido (0.005-0.07% en peso).
Normalmente, la microestructura de bainita superior se forma usando mayor contenido de carbono que conduce a una fracción en volumen significativa de cementita en la microestructura, lo que satisface la resistencia ultra alta pero debilita la capacidad de flexión y la tenacidad, por ejemplo. Sin embargo, en la presente invención, se ha encontrado que la bainita superior puede satisfacer la resistencia ultra alta incluso con bajo nivel de carbono, siempre que la composición sea según la presente invención. Un contenido bajo de carbono también previene que se forme una cantidad significativa de martensita en la microestructura durante el procedimiento de enfriamiento intensivo de la banda, lo que proporciona una microestructura más homogénea, que es especialmente beneficioso para una excelente característica de capacidad de flexión. La composición según la presente invención permite la formación de bainita superior a una temperatura baja.
Por lo tanto, el tamaño de los listones acortados de la bainita superior y la fracción en volumen baja de cementita están, al menos en parte, detrás de las propiedades mecánicas de rendimiento extremadamente alto. Además, la composición y el procesamiento termomecánico según el método de la presente invención permiten la formación de bainita superior a una temperatura baja, lo que estrecha aún más los listones bainíticos acortados dando como resultado un excelente equilibrio resistencia-tenacidad del producto de banda de acero. La formación de bainita a temperatura baja aumenta la resistencia y reduce el espesor de los listones de bainita superior, lo que aumenta la tenacidad a baja temperatura. En resumen, la microestructura de bainita superior resultante está estructurada de forma extremadamente fina.
La composición del producto de banda de acero en porcentaje en peso es como se describe en la reivindicación 1.
Según la presente invención, el producto de banda de acero laminado en caliente tiene un límite elástico Rp0.2, un límite de alargamiento (Rp0.2/Rm), un espesor y una microestructura como se definen en la reivindicación 1.
Beneficios
La presente invención posibilita un producto de banda de acero laminado en caliente de resistencia ultra alta que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa junto con una excelente capacidad de flexión. Además, no se necesita un tratamiento de revenido, lo que significa que el procesamiento puede ser solamente termomecánico, lo que significa un ahorro significativo con respecto a los aceros templados y revenidos (QT) típicos. Además, se posibilitan excelentes propiedades en términos de tenacidad al impacto a baja temperatura, como se muestra mediante los experimentos. Finalmente, la invención posibilita la producción de bandas de acero de 840-959 MPa con menores costes de aleación.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra esquemáticamente los tratamientos termomecánicos.
La figura 2 muestra el gráfico de SEM (microscopio electrónico de barrido) de una microestructura de una banda de acero según una realización de la presente invención.
La figura 3 muestra una vista ampliada de la figura 2.
Breve descripción de las abreviaturas y definiciones:
PAG grano de austenita previo
GB bainita granular
QPF ferrita cuasi-poligonal
UB bainita superior
constituyente MA constituyente austenita martensita
HT temperatura de calentamiento
FRT temperatura final de laminado
Ar3 una temperatura a la que la austenita comienza a transformarse en ferrita durante el enfriamiento
QST temperatura de detención del temple
Resistencia ultra alta significa aquí que el límite elástico Rp0.2 es al menos 840 MPa. Sin embargo, preferiblemente significa que el límite elástico Rp0.2 es mayor que 900 MPa. El rendimiento de la presente invención se puede limitar a un límite elástico Rp0.2/Rm de hasta 1050 MPa, o 959 MPa, y uno de estos se aplica preferiblemente como límite superior del límite elástico Rp0.2/Rm.
La excelente capacidad de flexión significa que las bandas de acero de hasta 12 mm se pueden doblar con un radio de curvatura de menos de 3.5*t en ambas direcciones en relación con la dirección de laminado, sin grietas u ondulaciones superficiales notablemente visibles en la flexión. Sin embargo, la presente invención posibilita que bandas de acero de hasta 12 mm se puedan doblar con un radio de curvatura de menos de 3.0*t en ambas direcciones en relación con la dirección de laminado, sin grietas u ondulaciones superficiales notablemente visibles en la flexión. Por lo tanto, dicho valor se usa preferiblemente como un radio de curvatura interno mínimo aceptable.
Excelente tenacidad al impacto a baja temperatura significa aquí que los valores de tenacidad al impacto Charpy-V medidos a -60°C son superiores a 50 J/cm2. Este valor de Charpy-V se define como un promedio de tres repeticiones de ensayo de Charpy-V.
Descripción detallada
A continuación se explica con más detalle la composición química:
El contenido de carbono C está en el intervalo de 0.03-0.08% en peso, que es muy bajo teniendo en cuenta el nivel de resistencia objetivo. Si el contenido de carbono es menor que 0.03% en peso, la microestructura deseada y la resistencia no se obtienen sin usar excesivamente elementos de aleación caros. Por las mismas razones, preferiblemente el límite inferior de carbono es 0.04% en peso o 0.05% en peso. Por otro lado, si el contenido de carbono es mayor que 0.08% en peso, la fracción en volumen de cementita y/o estructuras martensíticas se hace demasiado alta, dando como resultado una mala capacidad de flexión y tenacidad al impacto a baja temperatura. Por las mismas razones, preferiblemente el contenido de carbono es menor que 0.075% en peso o más preferiblemente menor que 0.07% en peso.
El contenido de silicio Si está en el intervalo de 0.01-0.8% en peso. El silicio aumenta la resistencia de manera ventajosa por reforzamiento de la solución sólida. Además, puede existir debido al proceso de calmado (desoxidación) y/o al tratamiento con Ca-Si. Por estas razones, el límite inferior de Si es 0.01% en peso, pero preferiblemente el límite inferior es 0.10% en peso. Sin embargo, si el contenido de Si es mayor que 0.8% en peso, por ejemplo debido a la formación de escamas rojas, sufrirá la calidad de la superficie. Por esta razón, preferiblemente el contenido de Si es menor que 0.50% en peso o menor que 0.30% en peso.
El contenido de manganeso Mn está en el intervalo de 0.8-2.5% en peso porque el Mn proporciona la resistencia con costes relativamente bajos. Se necesita al menos 0.8% en peso para satisfacer de forma rentable el intervalo de límite elástico Rp0.2 objetivo. Además, el Mn disminuye la temperatura de inicio de la bainita muy eficazmente mejorando así la microestructura deseada. Por esta razón, preferiblemente el límite inferior de Mn es 1.2% en peso. Por otro lado, si el Mn es mayor que 2.5% en peso, entonces la templabilidad sería demasiado alta para lograr la microestructura deseada y también sufriría la soldabilidad. Por estas razones, preferiblemente el límite superior del Mn es 1.8% en peso.
El contenido de aluminio Al está en el intervalo de 0.01-0.15% en peso debido al proceso de calmado (desoxidación). Además, el Al puede disminuir la capacidad de flexión en algunos casos, porque aumenta el riesgo de que se formen óxidos de aluminio (ALO3). Los óxidos de aluminio tienen un efecto negativo en la tenacidad al impacto y la capacidad de flexión del acero.
El contenido de Cromo Cr está en el intervalo de 0.01 -2.0% en peso, porque aumenta la resistencia de manera efectiva y disminuye la temperatura de inicio de la bainita, mejorando así la microestructura deseada. Por otro lado, un contenido de Cr mayor de 2.0% en peso aumentaría innecesariamente los costes de aleación y debilitaría más la tenacidad de este acero. Por lo tanto, preferiblemente el límite superior para el Cr es 1.0% en peso, o más preferiblemente el límite superior del Cr es 0.6% en peso.
El boro B es un elemento de aleación importante en esta invención y el contenido de boro está en el intervalo de 0.0005-0.005% en peso, porque aumenta la resistencia de manera efectiva y hace que la ferrita poligonal blanda no se forme significativamente en la microestructura. Si el contenido de boro es menor que 0.0005% en peso, no se logra dicho efecto y, por otro lado, si el contenido de boro es mayor que 0.005% en peso, el efecto no aumentará sustancialmente. También se podría aplicar un límite superior de 0.003% en peso para el B.
El contenido de niobio Nb está en el intervalo de 0.005-0.07% en peso, porque el uso de niobio permite que la microestructura de bainita superior resultante esté estructurada de forma extremadamente fina. Además, el Nb aumenta la resistencia y la tenacidad del acero por precipitación y/o mejoras en el refinamiento del grano. Por lo tanto, se aplica preferiblemente un límite inferior de 0.02% en peso para el Nb. Sin embargo, si el contenido de niobio es mayor que 0.07% en peso, no se obtiene necesariamente la microestructura sustancialmente bainítica superior debido a la descomposición más fuerte de la austenita en fases microestructurales más blandas. Esto daría como resultado que no se lograra el nivel de resistencia deseado con potencias de enfriamiento razonables y sin usar contenidos más altos de otros elementos de aleación. Por las mismas razones, se aplica preferiblemente el límite superior de 0.05% en peso para el Nb. Además, si el límite superior de Nb es 0.07% en peso o preferiblemente 0.05% en peso, se pueden reducir las fuerzas de laminación durante el procedimiento de fabricación, lo que hace posible fabricar un intervalo dimensional mayor.
El contenido de titanio Ti está en el intervalo de 0.005-0.12% en peso, porque aumenta la resistencia y tenacidad del acero por precipitación y/o mejoras del refinamiento del grano. Se necesita al menos 0.005% en peso para asegurar este efecto. Sin embargo, no se necesita un contenido de Ti superior a 0.12% en peso y esto podría incluso debilitar la tenacidad al impacto, por lo tanto, preferiblemente el límite superior para el Ti es 0.03% en peso, en cuyo último caso el titanio tiene principalmente la función de asegurar la función del boro.
Además, las siguientes impurezas inevitables deben restringirse en consecuencia, con el fin de asegurar un buen comportamiento mecánico, especialmente en términos de tenacidad al impacto, del producto de acero. El nitrógeno N es menos de 0.01% en peso, el fósforo P es menos de 0.02% en peso, preferiblemente menos de 0.015% en peso y el azufre S es menos de 0.01% en peso, preferiblemente menos de 0.005% en peso.
Además el acero también puede contener opcionalmente calcio Ca en menos de 0.01 % en peso, vanadio V menos de 0.1% en peso (preferiblemente menos de 0.05% en peso), molibdeno Mo menos de 0.5% en peso (preferiblemente menos de 0.1% en peso), cobre Cu menos de 0.5% en peso (preferiblemente menos de 0.2% en peso) y níquel Ni menos de 0.5% en peso (preferiblemente menos de 0.1% en peso).
El resto de la composición del acero es hierro Fe e impurezas inevitables que existen normalmente en el acero. El acero se proporciona en forma de desbaste plano de acero, desbaste plano colado fino tal como una banda colada u otra forma adecuada (en lo sucesivo, simplemente desbaste).
Generalmente, la temperatura de inicio de la bainita (Bs) (en °C) se puede definir por la siguiente ecuación (1):
Bs = 830 - 270*C - 90*Mn - 37*Ni - 70*Cr - 83*Mo (1)
donde C, Mn, Ni, Cr y Mo son las cantidades de los elementos respectivos en el acero en % en peso.
Los autores de la invención han descubierto que la temperatura de inicio de la bainita (Bs) (definida por la ecuación (1)) debe ser preferiblemente proporcional al contenido de niobio Nb de acuerdo con la siguiente condición:
Bs < 692.1- 421.1 Nb,
donde Nb es la cantidad de Nb en el acero en % en peso.
Esta realización mencionada antes permite que la formación de bainita empiece a temperatura suficientemente baja en relación con la aleación del Nb.
Más preferiblemente, la temperatura de inicio de la bainita (Bs) (definida por la ecuación (1)) debe ser proporcional al contenido de niobio Nb de acuerdo con la siguiente condición:
602.1 - 421.1*Nb < Bs < 692.1- 421.1 Nb,
donde Nb es la cantidad de Nb en el acero en % en peso.
Esta segunda realización mencionada antes permite que la formación de bainita empiece a una temperatura suficientemente baja pero no demasiado baja en relación con la aleación del Nb. Esto ayuda a que la microestructura permanezca esencialmente bainítica, no martensítica.
El producto de acuerdo con la presente invención se puede obtener, por ejemplo, por el método de fabricación de un producto de banda de acero laminado en caliente que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa y un espesor de menos de 12 mm, usando desbaste de acero cuya composición en porcentaje en peso es
C: 0.03-0.08,
Si: 0.01-0.8,
Mn: 0.8-2.5,
Al: 0.01-0.15,
Cr: 0.01-2.0,
B: 0.0005-0.005
Nb: 0.005-0.07,
Ti: 0.005-0.12,
N: <0.01,
P: <0.02,
S: <0.004,
y opcionalmente Ca menos de 0.01, V menos de 0.1, Mo menos de 0.5, Cu menos de 0.5 y Ni menos de 0.5, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, comprende las siguientes etapas a-d:
a. austenizar dicho desbaste de acero a una temperatura en el intervalo de 1200 a 1350°C,
b. reducir dicho desbaste de acero a una barra de transferencia en una o más pasadas de laminado en caliente a un intervalo de temperatura en el que la austenita recristaliza,
c. reducir más dicha barra de transferencia a una banda de acero en una o más pasadas de laminado en caliente de un laminador de bandas y usando una temperatura final de laminado mayor que Ar3,
d. temple directo de dicha banda de acero después de la última pasada en el laminador de bandas usando una velocidad de enfriamiento de al menos 25°C/ hasta una temperatura de detención del temple (QST) menor que 550°C.
A continuación, se describen con más detalle las etapas incluidas en el método y sus variantes.
Como se muestra en la figura 1, el método para fabricar bandas de acero laminado en caliente comprende la etapa (a) para austenizar dicho desbaste de acero a una temperatura en el intervalo de 1200 a 1350°C. Además de la austenización, esta etapa (a) proporciona la disolución deseada de los elementos de aleación y las segregaciones de la colada en la solución. El calentamiento a una temperatura mayor que 1350°C no es necesario e incluso puede conducir a un engrosamiento excesivo de los granos de austenita. Por otro lado, si la temperatura de austenización es menor que 1200°C, la austenita no es necesariamente suficientemente homogénea y, además, el control de temperatura en las etapas de laminado en caliente (b y c) puede resultar complicado. Como se muestra en la figura 1, la etapa de austenización (a), además de la etapa de calentamiento, comprende también la etapa de igualación, en la que el desbaste de acero se mantiene en el equipo de calentamiento durante un periodo de tiempo que se requiere para lograr la distribución uniforme de la temperatura en el desbaste de acero.
Posteriormente a la etapa de austenización (a), el método comprende la etapa (b) para reducir dicho desbaste de acero a una barra de transferencia en una o más pasadas de laminado en caliente en un intervalo de temperatura en el que la austenita recristaliza. Además, en esta etapa el laminado en caliente reduce el espesor del desbaste de acero, por ejemplo de 210 mm a 30 mm, refinando así también significativamente el PAG principalmente por recristalización estática. Esta etapa (b) de laminado en caliente se puede realizar en un laminador previo separado del laminador de bandas. En esta etapa de laminado en caliente (b) dicho desbaste de acero se convierte en la denominada barra de transferencia. El intervalo de temperatura de esta etapa (b) puede ser, por ejemplo, 900-1150°C. A continuación, la barra de transferencia se puede guiar a la caja de la bobina antes de seguir las etapas.
La temperatura que define el límite entre el intervalo de temperatura de recristalización de la austenita y el intervalo de temperatura de no recristalización de la austenita depende de la química del acero, la temperatura de austenización y las reducciones de laminado, por ejemplo. Se puede estimar mediante diversas ecuaciones disponibles en la técnica, tales como la temperatura Tnr bien conocida. Un experto en la técnica puede determinar esta temperatura límite de recristalización para cada caso particular, bien de forma experimental o mediante el cálculo del modelo.
Dicha barra de transferencia se reduce adicionalmente en la etapa (c) a una banda de acero en una o más pasadas de laminado en caliente de un laminador de bandas. La temperatura de laminado de acabado debe estar por encima de la temperatura de Ar3 para evitar el laminado en el área de doble fase, lo que deterioraría las propiedades mecánicas deseadas y la planicidad de la lámina. En esta etapa de laminado de bandas (c), la denominada barra de transferencia se convierte en banda de acero. Preferiblemente, pero no necesariamente, la temperatura de laminado de acabado (FRT) está en el intervalo de 850-950°C.
Después de la última pasada en el laminador de bandas, dicha banda de acero se templa directamente en la etapa (d) usando una velocidad de enfriamiento de al menos 25°C/s hasta una temperatura de detención del temple (QST) menor que 550°C. Esta etapa es esencial para proporcionar la microestructura al producto de banda de la etapa que comprende bainita superior, preferiblemente como fase principal o y más preferiblemente más de 50%. Si la QST es mayor que 550°C, la microestructura puede contener demasiada ferrita poligonal o perlita, lo que debilita las propiedades mecánicas deseadas relacionadas con la resistencia y la tenacidad. Además, si la QST es mayor que 550°C, los listones de la bainita superior no serán suficientemente finos, lo que debilita la tenacidad al impacto y la resistencia del acero. Después de la etapa (d) que comprende el temple directo, dicha banda de acero templada se puede enrollar, si es necesario.
Preferiblemente, dicha etapa de temple directo (d) es una única etapa de enfriamiento, lo que significa que no se mantienen fases de permanencia intermedias o similares durante esta etapa. En otras palabras, la velocidad de enfriamiento durante esta etapa es sustancialmente constante.
Preferiblemente, dicha temperatura de detención del temple (QST) está en el intervalo de 400°C a temperatura ambiente. El efecto de la QST más baja y la temperatura de enrollamiento más baja resultante es que la microestructura bainítica es menos revenida; el resultado de esto es una mayor resistencia para la banda de acero.
Un producto de banda de acero laminado en caliente según la presente invención tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa. Además, la banda de acero tiene un espesor de menos de 12 mm. Los intervalos de composición química y las razones se han explicado con mayor detalle anteriormente.
Como se explicó anteriormente, este producto de banda de acero laminado en caliente según la presente invención tiene una microestructura que comprende bainita superior, más de 50%. Más preferiblemente, esta fase principal que comprende bainita superior tiene una fracción de área de más de 60% o más de 80%.
Dicha bainita superior es una fase microestructural en forma de listones, que consiste principalmente en listones de ferrita bainítica que son aproximadamente paralelos entre sí y también de ferrita acicular nucleada intragranularmente. Además, entre los listones existen partículas finas y/o "cordones" de cementita. Debido a la composición química y el tratamiento termomecánico de la presente invención, dichos listones se acortan y estrechan lo que proporciona un excelente comportamiento mecánico, como se muestra en los experimentos.
Es ventajoso para la capacidad de flexión que la microestructura de la banda de acero no contenga mucha martensita, constituyentes MA, perlita o ferrita poligonal y, por lo tanto, el límite superior para su contenido total es 20%, preferiblemente 0% y más preferiblemente 5%. Este tipo de microestructura sustancialmente homogénea que consiste sustancialmente en bainita superior, es decir, en donde la bainita superior está comprendida como fase principal de la microestructura, es favorable para un excelente comportamiento mecánico, especialmente para la capacidad de flexión.
Todas las características microestructurales se definen midiendo desde un plano que se encuentra a 1/4 de profundidad del espesor (t) desde la superficie del producto de banda. Se dan otros porcentajes de fases microestructurales en términos de porcentajes de área en dicho plano. Con la expresión anterior de fase principal se entiende la fase predominante en la microestructura. En la figura 2 se muestra un ejemplo de microestructura en donde la fase principal de la microestructura es bainita superior (UB) que comprende listones de ferrita bainítica que son aproximadamente paralelos entre sí y también de ferrita acicular nucleada intragranularmente. Además de UB, la microestructura mostrada en la figura 2 comprende ferrita cuasipoligonal (QPF), que se puede identificar a partir de las áreas oscuras que se elevan en los gráficos SEM, por ejemplo. La figura 3 muestra una ampliación de la figura 2.
El espesor de la banda de acero es menor de 12 mm. También se pueden aplicar 10 mm para el límite superior del espesor de la banda. Sin embargo, por razones técnicas del procedimiento, la banda puede tener un límite inferior de espesor tal como 1.5 mm o 3 mm. Está claro, sin decirlo, que el término banda incluye también las láminas hechas de banda de acero.
Preferiblemente, el límite elástico Rp0.2 de la banda de acero está en el intervalo de 840-1050 MPa, o en el intervalo de 900-1050 MPa o más preferiblemente en el intervalo de 840-959 MPa. Una resistencia tan alta se debe a la formación de bainita a baja temperatura definida por la química.
El límite de alargamiento (Rp0.2/Rm) de la banda de acero es más a 0.85 o preferiblemente está en el intervalo de 0.85­ 0.98 con el fin de proporcionar que el producto de banda de acero se pueda usar como acero estructural.
Experimentos
La siguiente tabla 1 muestra las composiciones químicas de los aceros A y F usados en estos experimentos descritos. Como se puede observar, el valor de Bs de la composición de referencia F no cumplía la condición 602.1 - 421.1*Nb < Bs < 692.1- 421.1 Nb.
Tabla 1. Composiciones químicas
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La Tabla 2 a continuación muestra el procedimiento usado y las propiedades mecánicas obtenidas en los experimentos.
En esta tabla 2, la columna "dirección" representa la dirección de los ensayos mecánicos. En el ensayo de tracción, "LONG" significa que la muestra de tracción ha estado en dirección longitudinal a la dirección de laminación y "TRANS" significa que la muestra de tracción ha estado en dirección transversal a la dirección de laminación. En el ensayo de tenacidad al impacto, "LONG" significa que la barra de impacto ha estado en dirección transversal a la dirección de laminación y "TRANS" significa que la barra de impacto ha estado en dirección longitudinal a la dirección de laminación.
Además, los resultados del ensayo de capacidad de flexión se dan en dos direcciones, dependiendo del eje de doblado: "LONG" significa que la flexión ha sido en dirección longitudinal a la dirección de laminación y "TRANS" significa que la flexión ha sido transversal a la dirección de laminación.
A continuación, se describen los experimentos con más detalle.
Los experimentos REF1-REF3 muestran las referencias según el estado de la técnica. Aquí se usó el acero F que tiene la composición química de referencia que se muestra en la tabla 1. Aquí, el desbaste se austenizó por calentamiento a una temperatura de 1200-13502C y posteriormente se igualó. Además, dicho desbaste de acero se redujo por laminado en caliente en varias pasadas de laminado en caliente a un intervalo de temperatura en el que la austenita recristaliza. Se continuó reduciendo más en varias pasadas de laminado en caliente de un laminador de bandas y se usó una temperatura de laminado final mayor que Ar3. El espesor final de la banda de acero era de 10 mm. Después de la última pasada en el laminador de bandas, la banda de acero se sometió a temple directo usando una velocidad de enfriamiento de al menos 25°C/s a una temperatura de detención del temple (QST) menor que 400°C. Como puede verse en los resultados, el valor de la capacidad de flexión, es decir, el radio de curvatura interno mínimo permitido era de solo 3.5 y 3.0. dependiendo de la dirección de doblado.
Sin embargo, en los experimentos INV1-INV6 según la presente invención, se usó el acero A que tenía la composición química mostrada en la tabla 1. Aquí, el desbaste se austenizó por calentamiento a una temperatura de 1200 a 1350°C y posteriormente se igualó. Además, dicho desbaste de acero se redujo por laminado en caliente en varias pasadas de laminado en caliente a un intervalo de temperatura en el que la austenita recristaliza. Se continuó reduciendo más en varias pasadas de laminado en caliente de un laminador de bandas y se usó una temperatura de laminado final mayor que Ar3. El espesor final de la banda de acero era de 10 mm. Después de la última pasada en laminador de bandas, la banda de acero se sometió a temple directo usando una velocidad de enfriamiento de al menos 25°C/s a una temperatura de detención del temple (QST) menor que 550°C. Como se puede ver de los resultados, el límite elástico Rpo.2 estaba dentro de los objetivos de la presente invención y la capacidad de flexión ha mejorado significativamente. Por lo tanto, se cumple claramente el objeto de la invención.
Además, la tenacidad al impacto ha mejorado significativamente. Como puede verse a partir de los resultados de INV1-INV6, la presente invención permite una excelente combinación de resistencia ultra alta, capacidad de flexión y tenacidad al impacto a baja temperatura. Como puede entenderse, si el espesor de la banda de acero es menor que 10 mm, se obtienen obviamente valores incluso mejores de capacidad de flexión.
Se llevaron a cabo los experimentos adicionales INV7-INV1 1 de acuerdo con INV1-INV6. Como puede verse también a partir de estos resultados, se puede observar un excelente equilibrio resistencia-tenacidad por medio de las diferentes realizaciones de la presente invención.
Será obvio para una persona experta en la técnica que, a medida que avanza la tecnología, el concepto inventivo se puede implementar de varias formas. La invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos descritos antes, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.
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Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un producto de banda de acero laminado en caliente que tiene un límite elástico Rp0.2 de al menos 840 MPa, límite de alargamiento (Rp0.2/Rm) de más de 0.85 y un espesor de menos de 12 mm, cuya composición en porcentaje en peso es
    C: 0.03-0.08,
    Si: 0.01-0.8,
    Mn: 0.8-2.5,
    Al: 0.01-0.15,
    Cr: 0.01-2.0,
    B: 0.0005-0.005,
    Nb: 0.005-0.07,
    Ti: 0.005-0.12,
    N: <0.01,
    P: <0.02,
    S: <0.004,
    y opcionalmente Ca menos de 0.01, V menos de 0.1, Mo menos de 0.5, Cu menos de 0.5 y Ni menos de 0.5, siendo el resto Fe e impurezas inevitables,
    y que tiene una microestructura que comprende más de 50% de bainita superior en términos de porcentajes de área, en donde un límite superior para el contenido total de martensita, constituyentes MA, perlita o ferrita poligonal es 20% en términos de porcentajes de área.
    2. Un producto de banda de acero laminado en caliente según la reivindicación 1, caracterizado por que el producto tiene una microestructura que comprende más de 60% o más de 80% de bainita superior en términos de porcentajes de área.
    3. Un producto de banda de acero laminado en caliente según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el límite superior para el contenido total de martensita, constituyentes MA, perlita o ferrita poligonal es 10% y más preferiblemente 5% en términos de porcentajes de área.
    4. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que las características microestructurales se definen midiendo los porcentajes de área a partir de un plano que se encuentra a una profundidad de 1/4 del espesor (t) desde una superficie del producto de banda.
    5. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que la composición cumple además la siguiente ecuación:
    Bs < 692.1- 421.1 Nb,
    en donde Bs = 830 - 270*C - 90*Mn - 37*Ni - 70*Cr - 83*Mo,
    donde Nb, C, Mn, Ni, Cr y Mo son las cantidades de los elementos respectivos en el acero en % en peso.
    6. Un producto de banda de acero laminado en caliente según la reivindicación 5, caracterizado por que la composición además cumple la siguiente ecuación:
    602.1 - 421.1*Nb < Bs < 692.1- 421.1Nb,
    en donde Bs = 830 - 270*C - 90*Mn - 37*Ni - 70*Cr - 83*Mo,
    donde Nb, C, Mn, Ni, Cr y Mo son las cantidades de los elementos respectivos en el acero en % en peso.
    7. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que el C es menos de 0.075 o preferiblemente menos de 0.07 en porcentaje en peso.
    8. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que el Nb está en el intervalo de 0.02-0.05 en porcentaje en peso.
    9. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que el radio de curvatura es menor que 3.5*t, preferiblemente menor que 3.0*t en ambas direcciones en relación con la dirección de laminado, sin grietas u ondulaciones superficiales notablemente visibles en la flexión.
    10. Un producto de banda de acero laminado en caliente según cualquier reivindicación precedente, caracterizado por que el límite superior para el Ti es 0.03 en porcentaje en peso.
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