ES2906080T3 - Piezas de acero, método de producción de las mismas, y hoja de acero para piezas de acero - Google Patents

Piezas de acero, método de producción de las mismas, y hoja de acero para piezas de acero Download PDF

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Abstract

Un método para producir una pieza de acero, que comprende los pasos de: preparar una hoja de acero acrecentada que comprende una hoja de acero que comprende: C: de 0,15 a 0,5% en masa, Si: de 0,10 a 3% en masa, Mn: de 0,5 a 5% en masa, P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%), S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%), Al: de 0,01 a 1% en masa, B: de 0,0002 a 0,01% en masa, Ti: de 0,005 a (3,4[N] + 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente uno o más de: (a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr, (b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo (c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y (d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, y una o más porciones acrecentadas provistas en la hoja de acero; conformar en caliente la hoja de acero acrecentada a una temperatura de un punto Ac3 o superior de la hoja de acero; y enfriar la hoja de acero acrecentada conformada en caliente a una temperatura de un punto Ms o inferior de la hoja de acero, de forma que una proporción de área de martensita en una estructura metálica de la hoja de acero de 70% o más, donde el paso de preparación de una hoja de acero acrecentada comprende: preparar la hoja de acero, y soldar un alambre de soldadura en la hoja de acero para formar las porciones acrecentadas, y 0 donde el alambre de soldadura comprende: C: de 0,10 a 1,00% en masa, Si: de 0,2 a 1,20% en masa, Mn: de 1,0 a 20,0% en masa, Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, y opcionalmente uno o más de: Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%), Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%), Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%), S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%), Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%), V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%), W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%), y B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%), siendo el resto hierro e impurezas inevitables.

Description

DESCRIPCIÓN
Piezas de acero, método de producción de las mismas, y hoja de acero para piezas de acero
La presente descripción se refiere a una pieza de acero y a un método de producción de la misma, así como a una hoja de acero acrecentada para una pieza de acero.
Es preciso que las piezas del bastidor de un automóvil alcancen tanto una alta resistencia a los impactos como unas elevadas propiedades de absorción de los mismos, con el fin de proteger a los pasajeros en caso de colisión del automóvil. Especialmente, un elemento lateral delantero dispuesto en la parte delantera del automóvil y un pilar B dispuesto en el lateral del automóvil se hacen de un material de acero que tiene una alta resistencia para mejorar la resistencia a los impactos y también tiene una alta ductilidad para mejorar aún más las propiedades de absorción de impactos.
El pilar B dispuesto en el lateral del automóvil es muy necesario para evitar que los pasajeros se lesionen la cabeza en caso de colisión lateral. Por lo tanto, la resistencia de la parte del pilar B que se encuentra cerca de la cabeza de los pasajeros (parte superior del pilar B) se incrementa particularmente para suprimir la deformación, y la resistencia de la parte del pilar B que se encuentra cerca de los pies de los pasajeros (parte inferior del pilar B) se reduce para facilitar la deformación y permitir la absorción de la energía de la colisión. De este modo, se han puesto en práctica diversas técnicas de refuerzo parcial para diferenciar la resistencia en una pieza.
Por ejemplo, se conoce un método donde se forma parcialmente una porción acrecentada con un alambre de soldadura en la pieza para mejorar parcialmente la resistencia de la misma (por ejemplo, Documentos de Patente 1 y 2). El refuerzo mediante la porción acrecentada es ventajoso en vista del alto grado de libertad, ya que se puede reforzar una posición opcional de la pieza. El Documento de Patente 1 describe una técnica de formación de una porción acrecentada (cordones de soldadura acrecentados) a lo largo de una porción de cresta de curva de un bastidor a lo largo de la dirección de entrada de la carga con el fin de mejorar la resistencia o la rigidez del bastidor. El documento de patente 2 describe una técnica de formación continua o intermitente de una porción acrecentada a lo largo de una dirección de formación de la línea de cresta en una línea de cresta de un elemento de flexión o en las proximidades del mismo con el fin de aumentar la resistencia después de la flexión. El Documento de Patente 3 describe un elemento moldeado y un método de fabricación del mismo. El Documento de Patente 4 describe una hoja de acero para uso de prensado en caliente, un artículo moldeado a presión, y un método para producir un artículo moldeado a presión. El Documento de Patente 5 describe un método para fabricar componentes estructurales de acero reforzado.
Documento de Patente 1: JP 5002880 B1
Documento de Patente 2: JP 2004-276031 A
Documento de Patente 3: EP 2617509 A1
Documento de patente 4: EP 2824204 A1
Documento de patente 5: WO 2017/103127 A1
Para reducir el peso de la carrocería del automóvil, es preferible utilizar una hoja de acero que tenga una resistencia lo más alta posible. Sin embargo, en general, cuanto mayor es la resistencia de un material de acero, menor es la ductilidad. Por lo tanto, se ha considerado que una hoja de acero de alta resistencia capaz de obtener suficiente ductilidad, por ejemplo, una hoja de acero que tiene la resistencia de grado 780 MPa como máximo se puede aplicar y una hoja de acero que tiene la resistencia superior a la de la hoja de acero no se puede aplicar, en el elemento lateral delantero y la parte inferior del pilar B que tienen que tener propiedades de absorción de impactos.
En los últimos años, se ha estudiado la mejora de la ductilidad de una hoja de acero de alta resistencia, y se ha desarrollado una hoja de acero de resistencia ultra alta que tiene una excelente ductilidad capaz de aplicarse a las partes de absorción de impactos, como un elemento lateral delantero y una parte inferior del pilar B, y que también tiene una resistencia superior a la de una hoja de acero de grado 780 MPa (por ejemplo, una hoja de acero de grado 980 MPa, una hoja de acero de grado 1.180 MPa). El uso de dicha hoja de acero de resistencia ultra alta permite la realización de una mayor reducción del peso de la carrocería del automóvil.
Cuando el elemento lateral delantero se forma a partir de la hoja de acero de resistencia ultra alta, es preferible proporcionar una porción acrecentada por soldadura de arco a lo largo de la dirección de entrada de carga (dirección longitudinal del elemento lateral delantero). Cuando el pilar B se forma a partir de la hoja de acero de resistencia ultra alta, es preferible proporcionar una porción acrecentada en la parte superior del pilar B. Al proporcionar la porción acrecentada, la resistencia puede ser parcialmente aumentada para hacerla difícil de deformar (es decir, se suprime la deformación).
La porción acrecentada se forma soldando un alambre de soldadura en la superficie de la hoja de acero mediante soldadura por arco o similar. Por lo tanto, se forma una zona afectada por calor (ZAC) en las proximidades de la porción acrecentada durante la soldadura. Por lo general, la resistencia de la ZAC es menor que la de la hoja de acero. Por lo tanto, cuando una pieza de acero provista de la porción acrecentada recibe un impacto, la ZAC que tiene una baja resistencia tiende a actuar como origen de las grietas. Especialmente, la pieza de acero que utiliza la hoja de acero de resistencia ultra alta exhibe una resistencia demasiado baja de la ZAC a pesar de la resistencia extremadamente alta de la hoja de acero, de modo que hay un problema más notable de grietas originadas en la ZAC.
En la pieza de acero descrita en los documentos de patente 1 y 2, no se tiene en cuenta el problema de la reducción de la resistencia debida a la ZAC y los problemas de las grietas originadas en la ZAC.
Por lo tanto, un objeto de una realización de la presente invención es proporcionar una pieza de acero capaz de suprimir las grietas originadas por ZAC, y un método de producción de la misma. Además, un objeto de otra realización de la presente invención es proporcionar una hoja de acero construida que sea adecuada para la producción de la pieza de acero.
Estos objetos se consiguen mediante las características de las reivindicaciones 3, 1 y 7 respectivamente.
El aspecto 1 de la presente invención proporciona un método para producir una pieza de acero, que incluye los pasos de:
preparar una hoja de acero acrecentada que incluye una hoja de acero que incluye:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: de 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente
uno o más de:
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo,
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, y una o más porciones acrecentadas provistas en la hoja de acero;
Conformar en caliente la hoja de acero acrecentada a una temperatura de un punto Ac3 o superior de la hoja de acero; y
enfriar la hoja de acero acrecentada en caliente a una temperatura de un punto Ms o inferior de la hoja de acero, de manera que una proporción de área de martensita en una estructura metálica de la hoja de acero sea de 70% o más,
donde el paso de preparación de una hoja de acero acrecentada incluye:
preparar la hoja de acero, y
soldar un alambre de soldadura en la hoja de acero para formar las porciones acrecentadas, y
donde el alambre de soldadura incluye:
C: de 0,10 a 1,00% en masa,
Si: de 0,2 a 1,20% en masa,
Mn: de 1,0 a 20,0% en masa,
Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y
Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, y opcionalmente
uno o más de:
Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%), Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%), Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%), S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%), Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%), y
B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%),
siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
El aspecto 2 de la presente invención proporciona el método para producir una pieza de acero según el aspecto 3, donde el contenido de C, el contenido de Mn y el contenido de Cr del alambre de soldadura son respectivamente los siguientes
C: de 0,10 a 0,50% en masa,
Mn: de 1,0 a 5,0% en masa, y
Cr: de 1,0 a 5,0% en masa.
El aspecto 3 de la presente invención proporciona una pieza de acero que incluye:
una hoja de acero;
una o más porciones acrecentadas proporcionadas en la hoja de acero; y
una zona afectada por calor proporcionada entre las porciones acrecentadas y la hoja de acero;
donde la hoja de acero tiene la composición que incluye:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: de 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01% en masa, y opcionalmente
uno o más de
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR,
siendo el resto hierro y purezas inevitables,
la hoja de acero tiene una estructura metálica en la que la martensita tiene una relación de área de 70% o más, y la zona afectada por calor tiene una dureza de Hv300 o superior.
El aspecto 4 de la presente invención proporciona la pieza de acero según el aspecto 3, en la que las porciones acrecentadas tienen una dureza de Hv300 o superior.
El aspecto 5 de la presente invención proporciona la pieza de acero según el aspecto 3 o 4, en la que las porciones acrecentadas incluyen:
C: de 0,10 a 1,00% en masa,
Si: de 0,2 a 1,20% en masa,
Mn: de 1,0 a 20,0% en masa,
Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y
Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, y opcionalmente
uno o más de:
Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%),
Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%),
Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%), y
B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%)
siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
El aspecto 6 de la presente invención proporciona la pieza de acero según el aspecto 5, en la que el contenido de C, el contenido de Mn y el contenido de Cr de las porciones acrecentadas son respectivamente los siguientes:
C: de 0,10 a 0,50% en masa,
Mn: de 1,0 a 5,0% en masa, y
Cr: de 1,0 a 5,0% en masa.
El aspecto 7 de la presente invención proporciona una hoja de acero acrecentada utilizada en el método para producir una pieza de acero según el aspecto 1, que incluye:
una hoja de acero que incluye:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: de 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente
uno o más de:
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR,
siendo el resto hierro e impurezas inevitables;
una o más porciones acrecentadas dispuestas en la hoja de acero; y
una zona afectada por calor situada entre las porciones acrecentadas y la hoja de acero;
en la que la zona afectada por calor tiene una dureza inferior a Hv300.
Según el método para producir una pieza de acero de una realización de la presente invención, la zona afectada por calor (ZAC) en la pieza de acero se somete a un tratamiento térmico durante la conformación en caliente, permitiendo así una mejora de la resistencia de la ZAC. Esto permite suprimir las grietas originadas en la ZAC en la pieza de acero así obtenida. La hoja de acero acrecentada según otra realización de la presente invención puede utilizarse cuando se produce la pieza de acero según una realización de la presente invención.
La figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pieza de acero según la realización.
La figura 2A es una vista superior esquemática de una hoja de acero acrecentada utilizada para la medición.
La figura 2B es una vista lateral esquemática para explicar la medición de la deformación térmica.
La figura 3A es una vista esquemática en sección transversal, tomada a lo largo de la línea C-C de la figura 2A, para explicar la medición de la dureza.
La figura 3B es una vista esquemática en sección transversal para explicar la medición de la dureza.
La figura 4A es una vista superior esquemática de una hoja de acero acrecentada utilizada en una prueba de choque con flexión.
La figura 4B es una vista lateral esquemática de una muestra para una prueba de choque con flexión.
La figura 4C es una vista frontal esquemática para explicar una prueba de choque con flexión.
Cuando la porción acrecentada se forma en la superficie de una hoja de acero mediante soldadura por arco o similar, se forma una ZAC entre la hoja de acero y la porción acrecentada. En la ZAC, la estructura del metal cambia debido a la influencia del calor (por ejemplo, se produce un engrosamiento del grano), lo que reduce la resistencia. En el método para producir una pieza de acero según la presente realización, la porción acrecentada se forma sobre la hoja de acero, seguido de someterla a conformación en caliente. Mediante el calentamiento y el enfriamiento durante esta conformación en caliente, la ZAC recibe un tratamiento térmico. En este tratamiento térmico, las condiciones de tratamiento térmico se controlan de tal manera que una proporción de área de martensita en la hoja de acero sea de 70% o más. Por lo tanto, en este tratamiento térmico, las condiciones del tratamiento térmico se controlan de manera que se forme una gran cantidad de martensita (por ejemplo, martensita que tiene una relación de área de 70% o más como la hoja de acero) en la estructura metálica de la ZAC. Como resultado, se mejora la resistencia de la ZAC, lo que permite obtener una resistencia equivalente a la de la hoja de acero. En otras palabras, ya que la diferencia de resistencia entre la hoja de acero y la ZAC puede reducirse, es posible suprimir las grietas originadas en la ZAC.
Cuando la ZAC recibe un tratamiento térmico adecuado, no sólo aumenta la resistencia de la ZAC sino también su dureza. Los autores de la presente solicitud han hallado que las grietas originadas en la ZAC pueden suprimirse cuando la dureza de la ZAC después del tratamiento térmico es Hv300 o superior en la pieza de acero que utiliza una hoja de acero de resistencia ultra alta.
En el método para producir una pieza de acero según la realización de la presente invención, la deformación de la pieza puede suprimirse por las siguientes razones.
La parte acrecentada en la superficie de la hoja de acero se forma fundiendo un alambre de soldadura para colocar el alambre de soldadura fundido en la superficie de la hoja de acero, y enfriando para solidificar el metal fundido. Dado que se produce contracción por calor cuando el metal fundido se solidifica, se aplica un esfuerzo de tracción a la superficie de la hoja de acero en la que se encuentra la porción acrecentada. Como resultado, la hoja de acero acrecentada así obtenida puede deformarse en gran medida en su conjunto. Por lo tanto, como se menciona en los Documentos de Patente 1 y 2, cuando la hoja de acero se forma primero en caliente y luego se forma la porción acrecentada para formar una pieza de acero, la pieza así obtenida podría alabearse, dificultando así la precisión dimensional de la pieza.
Una parte de absorción de impactos, tal como un elemento lateral delantero, se diseña de tal manera que la dirección de entrada de carga sea la dirección longitudinal del elemento lateral delantero. Sin embargo, la formación de la porción acrecentada después de la formación en caliente podría causar alabeo del elemento de lado delantero, conduciendo al cambio de la dirección longitudinal del elemento de lado delantero de la dirección de entrada de la carga. En ese caso, existe la posibilidad de que el elemento lateral delantero obtenido no pueda alcanzar el rendimiento de colisión en el momento del diseño.
En el método para producir una pieza de acero según la realización de la presente invención, dado que la porción acrecentada se forma en la hoja de acero, seguido del sometimiento a la formación en caliente, el alabeo puede ser eliminado incluso si el alabeo se produce durante la formación de la porción acrecentada. Por lo tanto, es posible evitar que piezas, tales como un elemento lateral delantero, causen una degradación del rendimiento debido al alabeo.
Una pieza de acero según la realización de la presente invención, y un método de producción de la misma se describirán en detalle a continuación.
1. Pieza de acero
Como se muestra en la figura 1, una pieza de acero 10 según la presente realización incluye una hoja de acero 20, una porción acrecentada 30 proporcionada en una posición predeterminada en una superficie 20a de la hoja de acero 20, y una zona afectada por calor 40 proporcionada entre la porción acrecentada 30 y la hoja de acero 20. En el ejemplo de la figura 1, la porción acrecentada 30 incluye una primera porción acrecentada 31 y una segunda porción acrecentada 32 que se solapa parcialmente con la primera porción acrecentada 31. Se obtienen dos porciones acrecentadas 31 y 32 que se superponen entre sí formando secuencialmente la primera porción acrecentada 31 y formando la segunda porción acrecentada 32 (método de soldadura de cordón de dos pasadas). Al formar la porción acrecentada 30, el grosor de la pieza de acero aumenta parcialmente, permitiendo así una mejora parcial de la resistencia de la pieza de acero. En otras palabras, la porción acrecentada tiene una función de refuerzo parcial de la pieza de acero.
En la presente realización, se describe un ejemplo de una pieza de acero 10 que incluye dos porciones acrecentadas 30. Sin embargo, en la realización de la presente invención, el número de las porciones acrecentadas 30 puede cambiarse arbitrariamente. Por ejemplo, la realización de la presente invención incluye una pieza de acero 10 que incluye una porción acrecentada. La realización de la presente invención también incluye una pieza de acero 10 que incluye más (por ejemplo, tres o más) porciones acrecentadas 30 con el fin de aumentar aún más la resistencia.
En la presente realización, se ejemplificó una forma de dos porciones acrecentadas parcialmente superpuestas entre sí. Sin embargo, en la realización de la presente invención, se puede proporcionar una pluralidad de porciones acrecentadas sin que se superpongan entre sí. Pueden proporcionarse tres o más porciones acrecentadas de tal manera que dos o más porciones acrecentadas se superpongan parcialmente entre sí, y una o más porciones acrecentadas no se superpongan entre sí.
En el caso de una pieza de acero que incluya una pluralidad de porciones acrecentadas, todas las composiciones de las porciones acrecentadas pueden ser iguales o diferentes. Especialmente, si todas las composiciones de las porciones acrecentadas son iguales, las porciones acrecentadas pueden formarse utilizando el mismo alambre de soldadura, lo que es ventajoso en vista de la eficiencia de producción.
En la pieza de acero 10 de la figura 1, la zona afectada por calor 40 incluye una primera zona afectada por calor 41 formada cuando se forma la primera porción acrecentada 31 y una segunda zona afectada por calor 42 formada cuando se forma una segunda porción acrecentada 32.
Como puede verse en la figura 1, la primera zona afectada por calor 41 se forma entre la hoja de acero 20 y la primera porción acrecentada 31. Mientras tanto, la segunda zona afectada por calor 42 se forma entre la hoja de acero 20 y la segunda porción acrecentada 32 y se extiende además a un espacio entre la primera porción acrecentada 31 y la segunda porción acrecentada 32. Esto se debe a que, después de formar la primera porción 31, la segunda porción 32 se formó de manera que se superpusiera parcialmente con la primera porción 31, de modo que la primera porción 31 se convirtió en una zona afectada por calor como resultado de ser parcialmente afectada por el calor.
La zona afectada por calor 40 puede confirmarse mediante un microscopio óptico o similar. Cuando una sección transversal que pasa a través de la hoja de acero 20, la porción acrecentada 30 y la zona afectada por calor 40 se somete a un grabado Picral y luego se observa con el microscopio óptico, la zona afectada por calor puede confirmarse fácilmente ya que la hoja de acero 20, la porción acrecentada 30 y la zona afectada por calor 40 difieren en color y estructura metálica.
En la pieza de acero 10 según la realización de la presente invención, la zona afectada por calor 40 tiene una dureza de Hv300 o superior. Dicha dureza alta puede alcanzarse mediante un tratamiento térmico adicional de la zona afectada por calor 40 formada por la formación de la porción acrecentada 30 en la hoja de acero 20. La dureza de la zona afectada por calor 40 antes del tratamiento térmico es de sólo aproximadamente Hv150 a 250. De este modo, cuando la zona afectada por calor 40 tiene una dureza elevada, la resistencia de la zona afectada por calor 40 también aumenta. En otras palabras, la resistencia de la zona afectada por calor 40 puede mejorarse mediante el tratamiento térmico. La dureza de la zona afectada por calor 40 es de forma especialmente preferible de Hv360 o superior.
En general, la resistencia de la zona afectada por calor es significativamente menor que la de la hoja de acero. Especialmente, en la hoja de acero de resistencia ultra alta, la diferencia de resistencia entre la zona afectada por calor y la hoja de acero es particularmente grande en comparación con una hoja de acero de alta resistencia ordinaria. En la parte de acero, si hay una gran diferencia de resistencia entre la zona afectada por calor y la hoja de acero, se producen fácilmente grietas desde la zona afectada por calor que tiene una resistencia baja, como origen, cuando se aplica tensión a la parte de acero. En la realización de la presente invención, dado que se mejora la resistencia de la zona afectada por calor 40, lo que permite reducir la diferencia de resistencia entre la hoja de acero 20 y la zona afectada por calor 40, es posible suprimir las grietas que se originan en la zona afectada por calor 40. La superficie de la pieza de acero puede cubrirse con una capa de revestimiento. Es posible aplicar, como capa de chapado, una capa de chapado que se realiza habitualmente sobre una hoja de acero. Específicamente, los ejemplos de la capa de chapado adecuada incluyen una capa de galvanizado en caliente, una capa de electrogalvanizado o una capa de galvanizado aleado.
La capa de revestimiento puede formarse en un estado de una hoja de acero acrecentada o puede formarse después de formar una hoja de acero acrecentada en forma de una pieza de acero. Especialmente, es preferible formar una capa de revestimiento en un estado de una hoja de acero construida, ya que es fácil de sumergir en un baño de revestimiento o similar.
A continuación se describirá en detalle una hoja de acero 20 y una porción acrecentada 30 adecuadas para una pieza de acero 10. Nótese que todos los porcentajes como unidad con respecto a la composición de la hoja de acero 20 y la porción acrecentada 30 son en masa.
2. Composición de la hoja de acero 20
Se describirá la composición de la hoja de acero 20 adecuada para la pieza de acero 10. En primer lugar, se describirán los elementos básicos C, Si, Mn, P, S, Al, B, Ti y N, y a continuación se describirán los elementos que pueden añadirse selectivamente.
C: de 0,15 a 0,5% en masa
El C es un elemento importante para asegurar la retención de austenita en la porción con una resistencia particularmente baja y una ductilidad alta, a fin de lograr un alto nivel de equilibrio entre alta resistencia y elongación cuando se requieren propiedades uniformes en un artículo moldeado, o en el caso de requerir una región correspondiente a un sitio resistente a los impactos y un sitio de absorción de energía en un solo artículo moldeado. Durante el calentamiento por conformación en caliente, la concentración de C en la austenita permite la formación de austenita retenida tras el enfriamiento. El C también contribuye a aumentar la cantidad de martensita, con lo que aumenta la resistencia. Para ejercer estos efectos, es necesario fijar el contenido de C en un 0,15% o más.
Sin embargo, cuando el contenido de C es excesivo y supera 0,5%, la resistencia de la pieza de acero como producto final aumenta excesivamente. Por lo tanto, la deformabilidad se degrada en las piezas de automoción, especialmente en las piezas que requieren la deformabilidad durante el choque. Mientras tanto, si el contenido de C supera 0,5%, la región de calentamiento en una región de dos fases se vuelve estrecha, por lo que no se puede lograr un alto nivel de equilibrio entre alta resistencia y elongación cuando se requieren propiedades uniformes en el artículo moldeado, o resulta difícil regular a la estructura metálica objetivo (estructura metálica que aseguró cada cantidad predeterminada de ferrita, ferrita bainítica y martensita) en el sitio con resistencia particularmente baja y alta ductilidad en el caso de requerir una región correspondiente a un sitio resistente a los impactos y un sitio de absorción de energía en un solo artículo moldeado. El límite inferior del contenido de C es preferiblemente 0,17% (más preferiblemente 0,20%), y el límite superior es más preferiblemente 0,45% (aún más preferiblemente 0,40%). Si: de 0,10 a 3% en masa
El Si ejerce el efecto de formar austenita retenida al templar la martensita durante el enfriamiento del temple en molde para formar cementita, y suprimir la descomposición de la austenita no transformada. Para ejercer dicho efecto, es necesario fijar el contenido de Si en 0,1% o más. Si el contenido de Si es excesivo y supera 3%, la tenacidad después de la conformación en caliente se degrada. Además, si el contenido de Si supera 3%, dado que se promueve la transformación de la ferrita durante el enfriamiento después de la laminación en caliente, se forma fácilmente TiC grueso en la ferrita formada en ese momento, con lo que no se consigue el efecto de suprimir el ablandamiento de la ZAC. El límite inferior del contenido de Si es preferiblemente 0,5% (más preferiblemente 1,0%), y el límite superior es preferiblemente 2,5% (más preferiblemente 2,0%).
Mn: de 0,5 a 5% en masa
El Mn es un elemento eficaz para mejorar la templabilidad y suprimir la formación de estructuras distintas de la martensita y la austenita retenida durante el enfriamiento en el molde (ferrita, perlita, bainita, etc.). El Mn es también un elemento que estabiliza la austenita y contribuye a aumentar la cantidad de austenita retenida. Para ejercer dicho efecto, es necesario que contenga 0,5% o más de Mn. Si sólo se tienen en cuenta las propiedades, cuanto mayor sea el contenido de Mn, mejor. Dado que el coste aumenta al añadir un elemento de aleación, el contenido de Mn se fijó en 5% o menos. Mientras tanto, si el contenido de Mn supera 5%, el efecto de la adición de Mn no mejora fácilmente con respecto a la cantidad de aditivo, por lo que el contenido de Mn se fijó en 5% o menos desde el punto de vista de la rentabilidad. El límite inferior del contenido de Mn es preferiblemente 0,7% (más preferiblemente 1,0%), y el límite superior es preferiblemente 2,5% (más preferiblemente 2,0%).
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%)
El P es un elemento inevitablemente contenido en el acero, pero degrada la ductilidad, por lo que es preferible reducir al máximo el contenido de P. Dado que una reducción extrema conlleva un aumento del coste de fabricación del acero y que es difícil reducirlo a 0% desde el punto de vista de la fabricación, el contenido de P se fijó en 0,05% o menos (excluyendo 0%). El límite superior del contenido de P es preferiblemente 0,045% (más preferiblemente 0,040%).
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%)
Al igual que el P, el S también es un elemento inevitablemente contenido en el acero y degrada la ductilidad, por lo que es preferible reducir el contenido de S todo lo posible. Dado que una reducción extrema conlleva un aumento del coste de fabricación del acero y que es difícil reducirlo a 0% desde el punto de vista de la fabricación, el contenido de S se fijó en 0,05% o menos (excluyendo 0%). El límite superior del contenido de S es preferiblemente 0,045% (más preferiblemente 0,040%).
Al: de 0,01 a 1% en masa
El Al es útil como elemento desoxidante, y también fija el N sólido-suelto existente en el acero como AlN y es útil para mejorar la ductilidad. Para ejercer eficazmente dicho efecto, es necesario fijar el contenido de Al en 0,01% o más. Sin embargo, si el contenido de Al es excesivo y supera 1%, se forma un exceso de AhO3, lo que degrada la ductilidad. El límite inferior del contenido de Al es preferiblemente 0,02% (más preferiblemente 0,03%), y el límite superior es preferiblemente 0,8% (más preferiblemente 0,6%).
B: de 0,0002 a 0,01% en masa
B es un elemento que suprime la formación de ferrita, perlita y bainita durante el enfriamiento tras el calentamiento a una temperatura de la región de dos fases (punto de transformación Ac1 a punto de transformación AC3) y contribuye a asegurar la austenita retenida, debido a que tiene el efecto de suprimir la transformación de ferrita, la transformación de perlita y la transformación de bainita en el lado de la región de alta resistencia. Para ejercer dicho efecto, tiene que contener 0,0002% o más de B. Sin embargo, incluso si el B está excesivamente contenido en la cantidad de más de 0,01%, el efecto está saturado. El límite inferior del contenido de B es preferiblemente 0,0003% (más preferiblemente 0,0005%), y el límite superior es preferiblemente 0,008% (más preferiblemente 0,005%). Ti: de 0,005% en masa a (3,4[N] 0,1) % en masa ([N] es el contenido de N (% en masa))
El Ti ejerce el efecto de mejorar la templabilidad fijando el N y manteniendo el B en estado de solución sólida. Para ejercer dicho efecto, se contiene un 0,005% o más de Ti. Permitiendo que el Ti exista en un artículo estampado en caliente en estado de solución sólida y dispersando finamente un compuesto precipitado, se puede suprimir una reducción de la resistencia en la ZAC por el efecto de refuerzo de la precipitación debido a la formación de Ti en solución sólida cuando el artículo estampado en caliente se suelda como TiC y/o el efecto de retrasar un aumento de la densidad de dislocación debido al efecto de impedir la migración de dislocación por el TiC. Sin embargo, si el contenido de Ti resulta excesivo y supera 0,1% de una relación estequiométrica de Ti y N [3,4 veces el contenido de N] (es decir, 3,4[N] 0,1%), el precipitado que contiene Ti (por ejemplo, TiN) que se forma de este modo se hace más grueso, lo que degrada la ductilidad de la hoja de acero. El límite inferior del contenido de Ti es, más preferiblemente, 3,4 [N] 0,02% (aún más preferiblemente 3,4 [N] 0,05%), y el límite superior es más preferiblemente 3,4 [n ] 0,09% (aún más preferiblemente 3,4 [N] 0,08%).
N: de 0,001 a 0,01% en masa
El N es un elemento inevitablemente mezclado y es preferible reducirlo al máximo. Sin embargo, dado que existe una limitación a la reducción en un proceso real, el límite inferior del contenido de N se fijó en 0,001%. Un contenido excesivo de N provoca el engrosamiento del precipitado que contiene Ti (por ejemplo, TiN) así formado y este precipitado actúa como origen de la fractura, degradando así la ductilidad de la hoja de acero, por lo que el límite superior se fijó en 0,01%. El límite superior del contenido de N es más preferiblemente 0,008% (aún más preferiblemente 0,006%).
Cuando la composición de la hoja de acero satisface todos los requisitos siguientes: C: 0,15% en masa o más, Si: 0,10% en masa o más, Mn: 0,5% en masa o más, B: 0,0002% en masa o más, y Ti: 0,005% en masa o más, es posible controlar la dureza de la zona afectada por calor de la pieza de acero a Hv300 o superior sometiéndola a un tratamiento térmico en condiciones adecuadas de tratamiento térmico.
Equilibrio
En una realización preferida, el equilibrio se compone de hierro e impurezas inevitables. Se permite mezclar, como impurezas inevitables, oligoelementos (por ejemplo, As, Sb, Sn, etc.) incorporados según las condiciones de las materias primas, materiales, instalaciones de fabricación y similares. Hay elementos cuyo contenido es preferiblemente lo más pequeño posible, como el P y el S, que son, por tanto, impurezas inevitables en las que el rango de composición se define por separado como se ha mencionado anteriormente. Por lo tanto, las “impurezas inevitables” que constituyen el equilibrio, tal como se utilizan aquí, significan el concepto que excluye los elementos cuyo rango de composición se define por separado.
Sin embargo, no se limita a esta realización. Siempre que las propiedades de la hoja de acero de alta resistencia según la realización de la presente invención puedan mantenerse, puede incluirse cualquier otro elemento. A continuación se ejemplifican otros elementos que pueden contenerse selectivamente de esa manera.
(a) de 0,001 a 0,1% o menos en total de uno o más de V, Nb y Zr
El V, el Nb y el Zr tienen el efecto de formar carburo fino para refinar la estructura por el efecto de fijación. Para ello, es preferible contener un 0,001% o más en total de estos elementos. Sin embargo, un contenido excesivo de estos elementos conduce a la formación de carburo grueso y el carburo grueso actúa como origen de la fractura, degradando así la ductilidad, por lo que el contenido se fija preferiblemente en 0,1% o menos. El límite inferior del contenido de estos elementos es más preferiblemente 0,005% (aún más preferiblemente 0,008%) en total, y el límite superior es más preferiblemente 0,08% (aún más preferiblemente 0,06%) en total.
(b) de 0,01 a 2% en total de Cr y/o Mo
El Cr y el Mo son elementos eficaces para mejorar la templabilidad de la hoja de acero. Al contener estos elementos, se espera reducir la variación de la dureza de un artículo moldeado. Para ello, es preferible contener un 0,01% o más (en total) de uno o más. Sin embargo, si el contenido supera 2%, el efecto se satura, lo que provoca un aumento del coste. Por lo tanto, el contenido total de estos elementos se fija preferiblemente en 2% o menos (más preferiblemente en 1% o menos).
(c) De 0,01 a 0,5% en total de Ni y/o Cu
El Ni y el Cu se añaden cuando se desea impartir resistencia a la corrosión y resistencia a la fractura retardada a un artículo moldeado. Para ejercer tal efecto, es preferible fijar el contenido de uno o más de Ni y Cu en 0,01% o más en total. Sin embargo, cuando el contenido es excesivo y supera 0,5%, se producen defectos en la superficie durante la producción de una hoja de acero. Por lo tanto, el contenido total de estos elementos se fija preferiblemente en 0,5% o menos.
(d) de 0,0001 a 0,01% o menos en total de uno o más de Mg, Ca y MTR
El Mg, el Ca y el MTR (elementos de tierras raras) son eficaces para refinar las inclusiones y mejorar la ductilidad. Para ello, es preferible contener un 0,0001% o más en total de estos elementos. Si sólo se tienen en cuenta las propiedades, cuanto mayor sea el contenido, mejor. Sin embargo, dado que el efecto es de saturación, el contenido se fija preferiblemente en 0,01% o menos en total.
3. Estructura metálica de la hoja de acero 20
La martensita en la estructura metálica de la hoja de acero 20 tiene una relación de área de 70% o más. Esto permite aumentar la resistencia de la hoja de acero 20. La dureza de la hoja de acero es preferiblemente Hv300 o superior, y en concreto preferiblemente Hv360 o superior.
La relación de área de la martensita se determina de la siguiente manera. En primer lugar, se corta una hoja de acero 20 en una sección transversal que es paralela a la dirección de laminación de la hoja de acero 20 y ortogonal a la superficie de la hoja de acero 20. La superficie cortada se grabó con Nital y luego se observó mediante MEB (con un aumento de 1.000 o 2.000 veces) para distinguir la martensita de otras estructuras metálicas. La observación por MEB se realizó en la posición que se desplaza hacia el lado central sólo en 1/4 del espesor t de la hoja de acero desde la superficie de la misma (posición t/4). A continuación, se determinó la relación entre el área de martensita y el área de todo el campo de visión (relación de área de martensita).
4. Composición de la porción acrecentada
La composición de la porción acrecentada incluye de forma especialmente preferible:
C: de 0,10 a 1,00% en masa,
Si: de 0,2 a 1,20% en masa,
Mn: de 1,0 a 20,0% en masa,
Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y
Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
Dicha porción acrecentada puede formarse a partir de un alambre de soldadura con la composición anterior. Por ejemplo, la porción acrecentada puede formarse a partir de un alambre sólido hecho de un material metálico que satisfaga la composición anterior. También es posible formar la porción acrecentada a partir de un alambre de soldadura con núcleo de fundente compuesto por una vaina de acero que satisfaga la composición anterior y un fundente introducido en la parte central de la vaina de acero.
En la porción acrecentada (y el alambre de soldadura) con la composición anterior, es posible controlar la dureza después de la conformación en caliente a Hv360 o superior. Dado que la porción acrecentada que tiene alta dureza (es decir, alta resistencia) apenas se deforma, el efecto de refuerzo por la porción acrecentada puede mejorarse. Cuando la porción acrecentada se forma del alambre de soldadura con la composición anterior, es posible suprimir el exceso de martensita que se forma dentro de la porción acrecentada inmediatamente después de la soldadura por acumulación o el tratamiento térmico. Como resultado, se pueden reducir los defectos de grietas auto-endurecidas debido a la expansión de la martensita.
Cuando la porción acrecentada se forma del alambre de soldadura con la composición anterior, es posible compensar la cantidad de expansión de volumen durante la formación de martensita con la cantidad de contracción térmica durante el enfriamiento, permitiendo así la supresión de la deformación térmica (alabeo) de la hoja de acero acumulada, que está asociada con la formación de la porción acrecentada.
La dureza de la porción acrecentada es preferiblemente Hv300 o superior, y en concreto preferiblemente Hv360 o superior.
De la composición mencionada de la porción acrecentada (y del alambre de soldadura), cada uno de los contenidos de C, el contenido de Mn y el contenido de Cr es de forma especialmente preferible como sigue:
C: de 0,10 a 0,50% en masa,
Mn: de 1,0 a 5,0% en masa, y
Cr: de 1,0 a 5,0% en masa.
La porción acrecentada (y el alambre de soldadura) puede incluir además cualquier otro elemento siempre que la porción acrecentada según la realización de la presente invención pueda mantener sus propiedades. A continuación se ejemplifican otros elementos que pueden contenerse selectivamente de esa manera.
Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%)
El Ni tiene el efecto de mejorar la tenacidad del metal de soldadura. Sin embargo, si el contenido de Ni supera 3,00%, se producen fácilmente grietas de solidificación durante la soldadura, por lo que el contenido de Ni se fija preferiblemente en un 3,00% o menos.
Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%)
El Ti tiene el efecto de estabilizar un arco para reducir la pulverización en una soldadura por arco polar de fusión que se funde mientras se genera un arco a partir del hilo. Sin embargo, cuando el contenido de Ti supera el 0,20%, la gota migrada se vuelve inestable, ya que se convierte en una partícula grande, por lo que el contenido de Ti se fija preferiblemente en 0,20% o menos.
Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%)
El Cu no tiene ningún beneficio como metal de soldadura, pero el revestimiento de cobre en la superficie de un alambre de soldadura provoca una disminución de la tasa de desgaste de la viruta portadora de corriente, lo que permite mejorar la soldabilidad durante mucho tiempo. Sin embargo, si el contenido de Cu supera 0,50%, el efecto de mejora de la resistencia al desgaste se satura y el metal de soldadura provoca fácilmente grietas de solidificación, por lo que el contenido de Cu se fija preferiblemente en 0,50% o menos.
S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%)
El S mejora la humectabilidad del metal fundido, contribuyendo así a una mejora del aspecto durante la soldadura por acumulación y a una mejora de la velocidad de soldadura. Sin embargo, cuando el contenido de S supera 0,020%, el metal de soldadura produce fácilmente grietas de solidificación, por lo que el contenido de S se fija preferiblemente en 0,020% o menos. Este es el límite superior.
Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%)
La adición de Co facilita la obtención de una dureza alta mediante un tratamiento térmico después de la soldadura por acumulación. Sin embargo, si el contenido de Co supera 1,00%, se forma un exceso de martensita en el interior de la porción acrecentada inmediatamente después de la soldadura por acumulación o después del tratamiento térmico, y por lo tanto se producen fácilmente defectos de fisuras autoendurecidas debido a la expansión de la martensita. Por lo tanto, el contenido de Co se fija preferiblemente en 1,00% o menos.
V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%)
La adición de V facilita la obtención de una dureza alta mediante un tratamiento térmico después de la soldadura por acumulación. Sin embargo, si el contenido de V supera 1,00%, se forma un exceso de martensita en el interior de la porción acrecentada inmediatamente después de la soldadura por acumulación o después del tratamiento térmico, y por lo tanto se producen fácilmente defectos de grietas autoendurecidas debido a la expansión de la martensita. Por lo tanto, el contenido de V se fija preferiblemente en 1,00% o menos.
W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%)
La adición de W facilita la obtención de una dureza alta mediante un tratamiento térmico después de la soldadura por acumulación. Sin embargo, si el contenido de W supera 2,00%, se forma un exceso de martensita en el interior de la porción acrecentada inmediatamente después de la soldadura por acumulación o después del tratamiento térmico, y por lo tanto se producen fácilmente defectos de grietas autoendurecidas debido a la expansión de la martensita. Por lo tanto, el contenido de W se fija preferiblemente en 2,00% o menos.
B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%)
La adición de B facilita la obtención de una dureza elevada mediante un tratamiento térmico después de la soldadura por acumulación. Sin embargo, si el contenido de B supera 0,020%, se producen fácilmente grietas de solidificación durante la soldadura. Por lo tanto, el contenido de B se fija preferiblemente en 0,020% o menos.
5. Método de producción
A continuación se describirá un método para producir una pieza de acero según la realización de la presente invención.
El método para producir una pieza de acero incluye: un paso (1) de preparación de una hoja de acero acrecentada, un paso (2) de conformación en caliente de la hoja de acero acrecentada, y un paso (3) de enfriamiento de la hoja de acero acrecentada después de someterla a la conformación en caliente.
Paso (1): Paso de preparación de la hoja de acero acrecentada
Se prepara la hoja de acero acrecentada que incluye: la hoja de acero 20 que tiene una composición especificada por “2. Composición de la hoja de acero 20” mencionada anteriormente; y una porción acrecentada 30 proporcionada en una posición predeterminada de la hoja de acero 20.
La porción acrecentada 30 se proporciona en la posición correspondiente a una porción que se va a reforzar en la pieza de acero 10 finalmente obtenida. Por ejemplo, cuando se produce un pilar B como la pieza de acero 10, la porción acrecentada 30 se proporciona en una porción que se va a formar en la parte superior del pilar B.
El paso de preparación de la hoja de acero acrecentada puede incluir, por ejemplo, (1a) preparar la hoja de acero 20, y (1b) soldar un alambre de soldadura a la posición predeterminada de la hoja de acero 20 para formar la porción acrecentada.
(la) Preparación de la hoja de acero 20
La hoja de acero 20 puede prepararse, por ejemplo, de la siguiente manera.
Una tira de fundición formada por la fusión de un material de acero con la composición predeterminada se somete a laminación en caliente a una temperatura de calentamiento de 1.100°C o más (preferiblemente 1.150°C o más) y 1.300°C o inferior (preferiblemente 1.250°C o menos) y a una temperatura de laminación de acabado de 850°C o más (preferiblemente 900°C o más) y 1.050°C o menos (preferiblemente 1.000°C o menos). Inmediatamente después, la hoja de acero laminada en caliente se enfría (templa) hasta 650°C o menos (preferiblemente 625°C o menos) a una velocidad media de enfriamiento de 20°C/segundo o más (preferiblemente 30°C/segundo o más), se enfría secuencialmente de 620°C a 580°C a una velocidad media de enfriamiento de 10°C/segundo o menos (preferiblemente 5°C/segundo o menos), y luego se enfría a una velocidad media de enfriamiento de 10°C/segundo o más. A continuación, la hoja de acero enfriada se enrolla a 350°C o más (preferiblemente 380°C o más) y a 450°C o menos (preferiblemente 430°C o menos). La hoja de acero alargada así obtenida se corta a un tamaño adecuado. (lb) Soldadura del alambre de soldadura en la posición predeterminada de la hoja de acero 20 para formar la porción acrecentada
El alambre de soldadura se funde en la superficie de la hoja de acero cortada 20 para formar la porción acrecentada 30 en la posición predeterminada de la hoja de acero 20. El alambre de soldadura adecuado es un alambre sólido con la composición especificada en “4. Composición de la porción acrecentada” descrita anteriormente, o un alambre de soldadura con núcleo de fundente compuesto por una vaina de acero con la composición y un fundente introducido en la parte central de la vaina de acero. Como método de soldadura por acumulación utilizando el alambre de soldadura sobre la superficie de la hoja de acero 20, puede utilizarse un método de soldadura por acumulación bien conocido, y en particular, es adecuada la soldadura por acumulación por arco. Ejemplos específicos de la soldadura por acumulación de arco incluyen la soldadura por acumulación de gas polar fundido (MAG) y la soldadura por acumulación de gas polar no fundido (TIG, plasma).
Especialmente, el método de soldadura por arco polar protegido con gas de fusión es óptimo desde el punto de vista integral de la eficiencia, la economía, el manejo y similares, de la formación de la porción acrecentada. Este método de soldadura también se denomina soldadura MAG. Este método consiste en fundir un alambre de soldadura generando un arco mientras se alimenta el alambre de soldadura para fundir y mezclar el alambre junto con una parte de un metal base, produciendo así un metal de soldadura. En la realización de la presente invención, este método de soldadura forma la porción acrecentada específicamente en la hoja de acero del metal base. Los ejemplos de gas de protección adecuados para su uso incluyen el gas CO2 (CO2 100%), un gas mixto de dos tipos de gases, a saber, CO2 Ar, o un gas mixto de tres tipos de gases, a saber, CO2, Ar y O2. En el caso del gas mixto, es menos probable que se produzcan salpicaduras a medida que aumenta la proporción de Ar. El gas Ar (Ar 100 %) no puede utilizarse en alambres sólidos debido a su inestabilidad de arco, pero puede utilizarse en alambres con núcleo de fundente.
La hoja de acero acrecentada producida de esta manera tiene una zona afectada por calor entre la porción acrecentada y la hoja de acero. La zona afectada por calor tiene una dureza baja, por ejemplo, inferior a Hv300, antes de un tratamiento térmico.
Se observa que puede proporcionarse una capa de chapado en la superficie de la hoja de acero acrecentada. Es posible aplicar, como método (método de chapado) de formación de la capa de chapado, un método de chapado que se realiza habitualmente en una hoja de acero. Específicamente, los ejemplos del método de chapado adecuado incluyen la galvanización en caliente, la electrogalvanización y la galvanización aleada.
Paso (2): Paso de conformación en caliente de la hoja de acero acrecentada
La hoja de acero acrecentada resultante se somete a conformación en caliente mediante el calentamiento a una temperatura T1 que es igual o superior al punto Ac3 de la hoja de acero. La conformación en caliente es, por ejemplo, la estampación en caliente (conformación en prensa caliente). El estampado en caliente puede formar la hoja de acero acrecentada en una pieza de acero que tenga la forma deseada. Un molde utilizado en la estampación en caliente tiene preferiblemente una porción cóncava ajustada a la forma de la porción acrecentada, en una posición correspondiente a la posición de formación de la porción acrecentada, de manera que la porción acrecentada formada no se aplane completamente por la estampación en caliente. Se observa que, a condición de que la resistencia de la pieza de acero finalmente obtenida sea alta en una porción provista de la porción acrecentada y baja en una porción no provista de la porción acrecentada, la porción acrecentada puede cambiar su forma durante el proceso de estampado en caliente (por ejemplo, la altura de la porción acrecentada se vuelve baja). Al realizar dicho proceso de conformación en caliente, incluso la hoja de acero acrecentada que tiene deformación térmica puede eliminar la deformación térmica (tensión residual) de la misma.
Cuando se conforma la hoja de acero acrecentada en una pieza de acero con una forma predeterminada, la presión aplicada desde el molde a la hoja de acero acrecentada puede establecerse adecuadamente dependiendo del espesor de la hoja de acero y de la forma y dimensión de la pieza de acero. Esta presión es generalmente de 0 a 100 MPa, por ejemplo, de 5 a 70 MPa. La presión aplicada desde el molde a la hoja de acero acrecentada afecta a la velocidad de enfriamiento de la hoja de acero después de la conformación en caliente. En la realización de la presente invención, la presión del molde se controla preferiblemente para conseguir una tasa de enfriamiento media que pueda producir una hoja de acero que tenga una estructura metálica deseada (con una relación de área de martensita de 70% o más).
Paso (3): Paso de enfriamiento de la hoja de acero acrecentada después de la conformación en caliente
La hoja de acero acrecentada formada en caliente se enfría hasta una temperatura T2 que es igual o inferior al punto Ms de la hoja de acero. En este momento, la hoja de acero se enfría de manera que la proporción de área de martensita en la estructura metálica de la hoja de acero se convierte en 70% o más. Esto permite aumentar la resistencia de la hoja de acero en la pieza de acero como producto final.
Se hace notar que el estado de “enfriamiento de manera que la relación de martensita en la estructura metálica de la hoja de acero sea de 70% o más” puede lograrse en la hoja de acero con la composición según la realización de la presente invención, por ejemplo, controlando la velocidad media de enfriamiento a 5°C/segundo o más, preferiblemente 20°C/segundo o más, a temperaturas que van desde una temperatura T1 (correspondiente a la temperatura de inicio del enfriamiento), es decir, una temperatura en el momento de la conformación en caliente, hasta la temperatura de acabado de enfriamiento T2. El límite superior de la velocidad media de enfriamiento no está limitado en particular. Sin embargo, en el caso del enfriamiento de la hoja de acero acrecentada que está siendo apretada por el molde, la velocidad media de enfriamiento es preferiblemente de 100°C/segundo o menos en términos de implementabilidad. El enfriamiento puede realizarse a una velocidad de enfriamiento constante a temperaturas que van de T1 a T2, o alternativamente a velocidades de enfriamiento variadas. Para una hoja de acero con una excelente templabilidad, la tasa de enfriamiento media sólo tiene que ser de 3°C/segundo o más, con lo que la relación de área de martensita puede llegar a ser de 70% o más.
De este modo, se puede obtener una pieza de acero con las propiedades deseadas. Cabe señalar que en la pieza de acero que se enfría, la martensita de la hoja de acero es pobre en términos de ductilidad. Por lo tanto, para mejorar la ductilidad de la hoja de acero, la pieza de acero puede someterse a un revenido, convirtiendo así la martensita de la hoja de acero en martensita revenida.
En el método para producir una pieza de acero según la realización de la presente invención, la zona afectada por calor (ZAC) formada en el paso (1) se somete a un tratamiento térmico mediante la conformación en caliente en el paso (2) y el enfriamiento en el paso (3). La resistencia (y la dureza) de la ZAC antes del tratamiento térmico es baja debido al reblandecimiento de la ZAC, pero se mejora con el tratamiento térmico. Así, es menos probable que la pieza de acero se agriete a partir de la ZAC como origen.
Además, en el método para producir una pieza de acero según la realización de la presente invención, después de formar la porción acrecentada en el paso (1), la formación en caliente se realiza en el paso (2). Así, incluso si se produce alabeo en la hoja de acero acrecentada en el paso (1), el alabeo se corrige mediante la posterior conformación en caliente, de modo que el alabeo que produciría la porción acrecentada puede reducirse suficientemente en la pieza de acero finalmente obtenida.
Ejemplos
En este Ejemplo, se realizan cinco tipos de mediciones utilizando una hoja de acero acrecentada. Los tipos de mediciones son los siguientes: medición (1): medición de la deformación térmica, medición (2): observación de la zona de soldadura, medición (3): observación de la estructura metálica, medición (4): medición de la dureza, y medición (5): prueba de choque con flexión.
A continuación se describen los detalles de cada medición y el procedimiento de fabricación de las muestras utilizadas para cada medición.
(1) Medición de la deformación térmica
La deformación térmica se evalúa mediante el alabeo de una hoja de acero acrecentada antes de someterla a un tratamiento térmico. Como se muestra en la figura 2A, se prepara una hoja de acero acrecentada 100 en la que se forman dos filas de porciones acrecentadas 30 en una hoja de acero rectangular 200A. Como se muestra en la figura 2B, se coloca una muestra de medición 100 en una placa de superficie 90 de manera que una superficie posterior 100b (superficie en la que no se forma la porción acrecentada 30) de la hoja de acero acumulada 100 esté orientada hacia abajo. Las distancias h1 y h2 (salto) entre ambos extremos en la dirección longitudinal de la muestra de medición 100 y la superficie de la placa de superficie 90 se leen respectivamente utilizando un medidor de altura. La muestra en la que ambas distancias h1 y h2 son de 10 mm o menos se califica como “apto” (“BUENO” en la Tabla 4), mientras que la muestra en la que al menos una de las distancias h1 y h2 supera los 10 mm se califica de “no apto” (“NO BUENO” en la Tabla 4).
(2) Observación de la zona de soldadura
En la observación de la zona de soldadura, la parte de la hoja de acero acrecentada antes de someterla al tratamiento térmico se observa visualmente en su conjunto y se observa además con un microscopio con un aumento de 50 veces. La muestra en la que no se confirma ninguna grieta mediante la observación visual y la observación al microscopio se califica de “apto” (“BUENO” en la Tabla 4), mientras que la muestra en la que se confirman grietas mediante una o ambas de la observación visual y la observación al microscopio se califica de “no apto” (“NO BUENO” en la Tabla 4).
(3) Observación de la estructura metálica
En la observación de la estructura metálica, el objeto de observación es únicamente la estructura metálica de la porción de hoja de acero entre la hoja de acero acrecentada después de someterla al tratamiento térmico. En primer lugar, la hoja de acero acrecentada se corta en una sección transversal que es paralela a la dirección de laminación de la hoja de acero y ortogonal a la superficie de la hoja de acero. En la hoja de acero acrecentada 100 mostrada en la figura 2A, si la dirección X (la dirección de la anchura de la hoja de acero 200A) es la dirección de laminación, la hoja de acero acrecentada 100 se corta en dos piezas a lo largo de la línea C-C. Después de sumergir una de las piezas cortadas en una resina, se pule la superficie de la pieza cortada. La superficie de corte pulida se graba con Nital y luego se observa mediante MEB (con un aumento de 1.000 o 2.000 veces) para distinguir la martensita de otras estructuras metálicas. La observación por MEB se realiza en la posición que se desplaza hacia el lado central sólo en 1/4 del grosor t de la hoja de acero desde la superficie de la misma (posición t/4). A continuación, se determina la relación entre el área de la martensita y el área de todo el campo de visión (relación de área de la martensita). La muestra en la que la relación de área de la martensita es de 70% o más se califica de “apta” (“BUENA” en la Tabla 4), mientras que la muestra en la que la relación de área de la martensita es inferior a 70% se califica de “no apta” (“NO BUENA” en la Tabla 4).
(4) Medición de la dureza
Para la medición de la dureza, se utiliza una hoja de acero acrecentada después de someterla al tratamiento térmico. La hoja de acero acrecentada tratada térmicamente se corta en una sección transversal que pasa a través de una primera porción acrecentada 31 y una segunda porción acrecentada 32 y es paralela a la dirección de laminación de la hoja de acero y ortogonal a la superficie de la hoja de acero. En la hoja de acero acrecentada 100 mostrada en la figura 2A, si la dirección X (dirección de la anchura de la hoja de acero 200A) es la dirección de laminación, la hoja de acero acrecentada 100 se corta en dos piezas a lo largo de la línea C-C. Después de sumergir una de las piezas cortadas en una resina, la superficie de corte de la pieza cortada se pule. En la superficie de corte pulida, se mide cada dureza de la porción de hoja de acero, de la zona afectada por calor y de la porción acrecentada. Para especificar la hoja de acero 200A, la zona afectada por calor 40 y la porción acrecentada 30, la superficie de corte se somete a un grabado Picral.
La dureza puede medirse utilizando la pieza cortada utilizada para la observación de la estructura metálica. En ese caso, la dureza se mide preferiblemente después de pulir la superficie de corte grabada con Nital.
La posición de medición y los criterios de evaluación para la medición de la dureza de la hoja de acero se establecieron como sigue.
la figura 3A es una vista esquemática de una superficie de corte de la hoja de acero acrecentada 100. En la superficie de corte, se supusieron tres líneas H1 a H3. La primera línea H1 era una línea ortogonal a una superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A y se extendía desde la proximidad del centro de la primera porción acrecentada 31 hasta la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A a través de la primera zona afectada por calor 41. La segunda línea H2 era una línea ortogonal a la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A y se extendía desde cerca del centro de la segunda porción acrecentada 32 hasta la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A a través de la segunda zona afectada por calor 42. La tercera línea H3 era una línea ortogonal a la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A y se extendía desde una línea límite entre la segunda porción acrecentada y la segunda zona afectada por calor 42 hasta la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A a través de una zona de fusión de paso 40x. La “zona de fusión de paso 40x”, en el sentido en que se utiliza en el presente documento, se refiere a una porción en la que la primera zona afectada por calor 41 y la segunda zona afectada por calor 42 se cruzan entre sí, y en la que una línea límite entre la hoja de acero 200A y la zona afectada por calor 40 se vuelve convexa. A lo largo de estas líneas H1 a H3, se midió la dureza micro-Vickers de la hoja de acero a un paso de 0,25 mm.
Cuando se midió la dureza de una hoja de acero sin una porción acrecentada como ejemplo comparativo, la posición de medición se estableció como sigue. La hoja de acero se cortó en una sección transversal paralela a la dirección de laminación de la hoja de acero y ortogonal a la superficie de la hoja de acero. la figura 3B es un diagrama esquemático de una superficie de corte de la hoja de acero 200A. En la superficie de corte, se supuso una línea H4 ortogonal a una superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A y que se extiende desde la superficie frontal 200a a la superficie posterior 200b de la hoja de acero 200A. A lo largo de la línea H4, se midió la dureza micro-Vickers de la hoja de acero en el ejemplo comparativo a un paso de 0,25 mm.
Con respecto a cada muestra de medición, el valor más bajo de todas sus durezas medidas se describe en la columna denominada “dureza más baja” de la Tabla 4. La columna etiquetada “Posición de la dureza más baja” de la Tabla 4 describe “A” cuando la “dureza más baja” se midió en la porción acrecentada 30; “B” cuando se midió en la zona afectada por calor 40; y “C” cuando se midió en la hoja de acero 20.
Además, la medición de la dureza utilizando el método de medición mencionado anteriormente significa que la dureza de la zona afectada por calor se midió en una pluralidad de puntos. Con respecto a cada muestra de medición, se evaluó el valor más bajo de la pluralidad de durezas obtenidas por la medición de la zona afectada por calor. En la columna titulada “dureza de la zona afectada por calor” de la Tabla 4, la muestra en la que la dureza más baja de la zona afectada por calor era Hv300 o superior se calificó como “apto” (“BUENO” en la Tabla 4), mientras que la muestra en la que la dureza más baja de la zona afectada por calor era inferior a Hv300 se calificó como “no apta” (“NO BUENA” en la Tabla 4).
(5) Prueba de choque con flexión
La prueba de choque con flexión se realiza utilizando la hoja de acero acrecentada que ha pasado la observación de la zona de soldadura de la medición (2). Esto se debe a que las grietas ya se han producido antes de realizar la prueba de aplastamiento por flexión en la hoja de acero acrecentada que no superó la observación de la zona de soldadura, por lo que no se pueden observar con precisión las grietas que se producen en la prueba de aplastamiento por flexión.
En la prueba de aplastamiento por flexión, se utiliza una hoja de acero acrecentada formada en un canal de sombrero.
Como se muestra en la figura 4A, se prepara una hoja de acero 200B de 240 mm de ancho, 400 mm de largo y 1,4 mm de espesor. La hoja de acero 200B se prepara de manera que la dirección longitudinal es ortogonal a la dirección de laminación. En la superficie de la hoja de acero 200B se proporcionan dos pares de un par de dos filas de porciones acrecentadas. En otras palabras, la hoja de acero 200B incluye un primer par de porciones acrecentadas 310 (una primera porción acrecentada 311 y una segunda porción acrecentada 312) y un segundo par de porciones acrecentadas 320 (una tercera porción acrecentada 321 y una cuarta porción acrecentada 322) en su superficie. La hoja de acero acrecentada 200 se forma en la forma de un canal de sombrero 210 como se muestra en la figura 4B. La conformación se realiza mediante trabajo en caliente (por ejemplo, conformación en caliente como estampación en caliente) o trabajo en frío (por ejemplo, plegado) dependiendo de la finalidad.
Una placa trasera 220 para cubrir la porción de apertura (lado inferior en la figura 4B) del canal de sombrero 210 se preparó por separado. Como placa trasera 220, se utiliza una hoja de acero 590 DP de 122 mm de ancho, 400 mm de largo y 1,4 mm de espesor. La placa posterior 220 se prepara de manera que la dirección longitudinal sea ortogonal a la dirección de laminación.
La placa posterior 220 se dispone de manera que cubra la abertura del canal de sombrero 210, y luego se sueldan por puntos una brida 215 del canal de sombrero 210 y la placa posterior 220 (figura 4B). La soldadura por puntos se realiza en una pluralidad de lugares a lo largo de la dirección longitudinal del canal de sombrero (por ejemplo, 13 lugares con un paso de 30 mm). El canal de sombrero 210 se fija a la placa trasera 220 mediante soldadura por puntos para obtener una muestra 250 para una prueba de aplastamiento por flexión. Un elemento de refuerzo 230 se dispone en la proximidad de ambos extremos del espécimen (en un rango de aproximadamente 40 mm desde el extremo).
Como se muestra en la figura 4C, el espécimen 250 se dispone sobre dos soportes 500 con la superficie posterior (lado de la placa posterior 220) de los mismos orientada hacia abajo. El intervalo (separación) del soporte 500 se establece en 360 mm, y la parte próxima de ambos extremos en la dirección longitudinal (dirección Y) del espécimen 250 es soportada por el soporte 500. Obsérvese que entre la muestra 250 y cada soporte 500 se interpone una hoja de teflón (marca registrada).
En un estado donde el espécimen 250 es soportado por el soporte 500, la superficie superior del canal de sombrero 210 es presionada con un indentador 600. El indentador 600 a utilizar tiene una forma semicilíndrica con un radio de 127 mm. El indentador 600 se dispone de manera que esté en contacto con el entorno próximo del centro aproximado en la dirección longitudinal de la muestra 250, y luego desciende 80 mm a una velocidad de indentación de 20 mm/min. Esto hace posible deformar el espécimen 250 para que se curve hacia abajo entre los soportes 500 (choque con flexión). Nótese que una hoja de teflón (marca registrada) se interpone entre el espécimen 250 y el indentador 600.
Del espécimen 250 sometido a choque con flexión, se observa visualmente la superficie superior del canal de sombrero 210 (más específicamente, la región deformada de manera curva de la superficie superior). En la observación visual, la muestra en la que no se pudo confirmar ninguna grieta en la zona afectada por calor de la hoja de acero 200B (en la proximidad de las porciones acrecentadas 311, 312, 313 y 314) se califica como “apta” (“BUENA” en la Tabla 4), mientras que la muestra en la que se confirmaron grietas se califica como “no apta” (“NO BUENA” en la Tabla 4).
<Fabricación de muestras>
A continuación se describirá un método para fabricar las muestras utilizadas para las mediciones mencionadas anteriormente (1) a (5).
Según las composiciones y las condiciones de fabricación indicadas en las Tablas 1 a 3, se prepararon las muestras números 1 a 17, 101 a 105, 107 a 115 y 201 a 206.
En las Tablas 1 a 3, los valores numéricos y las condiciones marcadas con un asterisco (*) indican que se desvían de los rangos o condiciones en la realización de la presente invención.
Un material de acero con la composición indicada en la Tabla 1 se fundió al vacío para obtener un planchón experimental, seguido de laminado en caliente para obtener una hoja de acero. A continuación, la hoja de acero se enfrió y se sometió a un tratamiento que simulaba el bobinado. Tras el enfriamiento hasta la temperatura de bobinado (400°C), la muestra se introdujo en un horno calentado hasta la temperatura de bobinado, se mantuvo durante 30 minutos y se enfrió en el horno. A continuación, se realizó laminado en frío y se simuló el recocido continuo mediante un simulador de tratamiento térmico. En la prueba de simulación de recocido continuo, la hoja de acero laminada en frío se calentó a 800°C, se mantuvo durante 90 segundos, se enfrió a 500°C a una velocidad media de enfriamiento de 20°C/segundo, y luego se mantuvo durante 300 segundos. A continuación, la hoja de acero laminada en frío se enfrió con aire a temperatura ambiente. La hoja de acero así obtenida tenía un espesor de 1,4 mm.
A partir de la hoja de acero obtenida, se preparó una pieza de hoja de acero (pieza de hoja de acero 200A) utilizada para las mediciones (1) a (4) (denominada “muestra A”) y una pieza de hoja de acero (pieza de hoja de acero 200B) utilizada para la medición (5) (denominada “muestra B”), respectivamente.
El procedimiento de fabricación de las muestras A y B se describirá a continuación.
(Fabricación de la muestra A)
La hoja de acero preparada como se mencionó anteriormente se cortó para producir una pieza de hoja de acero 200A de 100 mm de ancho, 400 mm de largo y 1,4 mm de espesor (figura 2A). En este momento, la pieza de hoja de acero 200A se produjo de tal manera que la dirección longitudinal (dirección Y en la figura 2A) de la pieza de hoja de acero 200A era ortogonal a la dirección de laminación (dirección X en la figura 2A) de la hoja de acero. A continuación, como se muestra en la figura 2A, se formaron dos filas de porciones acrecentadas 30 (la primera porción acrecentada 31 y la segunda porción acrecentada 32) en la superficie de la pieza de hoja de acero 200A. La porción acrecentada 30 se formó mediante un arco polar de fusión protegido por gas bajo las siguientes condiciones de soldadura: corriente de soldadura de 130 A; tensión de arco de 15,5 V; velocidad de soldadura de 1.000 mm/min; y gas protegido mostrado en la Tabla 2.
Se formaron dos filas de porciones acrecentadas 30 en dos pasadas. En primer lugar, la primera porción acrecentada 31 que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal de la pieza de hoja de acero 200A se formó sustancialmente en el centro en la dirección de la anchura de la pieza de hoja de acero 200A (en la primera pasada), y luego la segunda porción acrecentada 32 se formó en paralelo con la primera porción acrecentada 31 (en la segunda pasada). La segunda porción acrecentada 32 formada en la segunda pasada se formó de manera que se superpusiera a una parte de la primera porción acrecentada 31 formada en la primera pasada. Utilizando un alambre sólido con la composición mostrada en la Tabla 2, se formó cada porción acrecentada con la composición mostrada en la Tabla 2.
En las muestras números 101 y 102, no se formó ninguna porción acrecentada.
Utilizando la hoja de acero acrecentada 100 (figura 2A) con la porción acrecentada 30 provista en la pieza de hoja de acero 200A, (1) se midió la deformación térmica, y (2) se observó la zona de soldadura obtenida inmediatamente después de la soldadura. Los resultados de las mediciones (1) y (2) se muestran en la Tabla 4.
A continuación, se trató térmicamente la hoja de acero 100 bajo las condiciones de tratamiento térmico de la Tabla 3. Específicamente, la hoja de acero acrecentada se calienta a la “temperatura elevada” mostrada en la Tabla 3 y se mantiene a la misma temperatura durante 2 minutos. A continuación, la hoja de acero acrecentada se enfrió hasta la “temperatura de acabado de enfriamiento” indicada en la Tabla 3 a la “velocidad de enfriamiento” indicada en la Tabla 3. El punto Ac3 y el punto Ms de la hoja de acero utilizada en cada muestra también se muestran en la Tabla 3. El punto Ac3 y el punto Ms de cada muestra se obtuvieron utilizando las siguientes ecuaciones (1) y (2), respectivamente.
PuntoAc3 (°C) = 910 - 203 x [C]1/2 44,7 x [Si] - 30
x [Mn] 700 x [p] 400 x [Al] 400 x [Ti] 104 x [V] - 11
x [Cr] 31,5 x [Mo] - 20 x [Cu] - 15, 2 x [Ni] (1)
Punto Ms ( °C) = 550 - 361 x [C] - 39 x [Mn] - 10 x
[Cu] - 17 x [Mi] - 20 x [Cr] - 5 x [Mo] t 30 x [Al] (2)
En las ecuaciones (1) y (2), [C], [Si], [Mn], [P], [Al], [Ti], [V], [Cr], [Mo], [Cu] y [Ni] representan cada contenido (% en masa) de C, Si, Mn, P, Al, Ti, V, Cr, Mo, Cu y Ni. Cuando no se incluyen los elementos indicados en los términos respectivos de las ecuaciones (1) y (2), el cálculo se realiza asumiendo que no existe dicho término.
Utilizando la hoja de acero 100 tratada térmicamente, (3) se observó la estructura metálica y luego (4) se midió la dureza. Los resultados de las mediciones (3) y (4) se muestran en la Tabla 4.
La muestra número 101 (sin porción acrecentada) y la muestra número 103 (con porción acrecentada) no se sometieron a un tratamiento térmico. En cuanto a la muestra número 104 (con porción acrecentada), la hoja de acero antes de la formación de la porción acrecentada se sometió a un tratamiento térmico bajo las condiciones de tratamiento térmico de la Tabla 3, y luego se formó la porción acrecentada, y no se realizó el tratamiento térmico después de la formación de la porción acrecentada.
(Fabricación de la muestra B)
La hoja de acero preparada como se ha mencionado anteriormente se cortó para producir una pieza de hoja de acero 200B de 240 mm de anchura, 400 mm de longitud y 1,4 mm de grosor (figura 4A). En este momento, la pieza de hoja de acero 200B se produjo de tal manera que la dirección longitudinal (dirección Y en la figura 4A) de la pieza de hoja de acero 200B era ortogonal a la dirección de laminación (dirección X en la figura 4A) de la hoja de acero. A continuación, como se muestra en la figura 4A y la figura 4B, se formaron dos pares de un par de dos filas de porciones acrecentadas en la superficie de la pieza de hoja de acero 200B. Un primer par de porciones acrecentadas 310 (una primera porción acrecentada 311 y una segunda porción acrecentada 312) se formaron en dos pasadas, y un segundo par de porciones acrecentadas 320 (una primera porción acrecentada 321 y una segunda porción acrecentada 322) se formaron en dos pasadas. Las porciones acrecentadas 310 y 320 se formaron mediante un arco polar de fusión con gas de protección bajo las siguientes condiciones de soldadura: corriente de soldadura de 130 A; voltaje del arco de 15,5 V; velocidad de soldadura de 1.000 mm/min; y gas de protección mostrado en la Tabla 2.
Los pares de porciones acrecentadas 310 y 320 se forman a lo largo de la dirección longitudinal de la pieza de hoja de acero 200B. La posición en la que se forman los pares de porciones acrecentadas 310 y 320 en la dirección de la anchura de la pieza de hoja de acero 100B se establece de tal manera que los pares de porciones acrecentadas 310 y 320 se forman en la superficie superior del canal de sombrero 210 cuando se forma en una forma del canal de sombrero 210 como se muestra en la figura 4B. Más específicamente, la posición de formación se establece de tal manera que los pares de porciones acrecentadas 310 y 320 se encuentran en la posición que está a unos 5 mm de distancia de la línea de cresta con la superficie lateral de la superficie superior. Utilizando un alambre sólido con la composición mostrada en la Tabla 2, se formó cada porción acrecentada con la composición mostrada en la Tabla 2. En las muestras números 101 y 102, no se formó ninguna porción acrecentada.
La hoja de acero 200 provista de la porción acrecentada se formó en un canal de sombrero que tenía la dimensión y la forma mostradas en la figura 4B. Con respecto a las muestras 103 y 104, el laminado en frío se realizó mediante plegado. En cuanto a las otras muestras, la conformación en caliente se realizó mediante estampación en caliente. La estampación en caliente se realizó aplicando las condiciones de temperatura, velocidad de enfriamiento y temperatura de acabado de enfriamiento de las condiciones de tratamiento térmico mostradas en la Tabla 2. La fuerza de trabajo durante la estampación en caliente se fijó en 1.000 kN. Una presión media aplicada desde un molde a la hoja de acero acrecentada 200 fue de aproximadamente 10 MPa.
Como placa posterior 220, se preparó una hoja de acero 590 DP de 122 mm de ancho, 400 mm de largo y 1,4 mm de espesor. La dirección longitudinal de la placa posterior 220 era ortogonal a la dirección de laminación.
Como se muestra en la figura 4B, la placa posterior 220 se dispuso de manera que cubriera la abertura del canal de sombrero 210, y luego una brida 215 del canal de sombrero 210 y la placa trasera 220 se soldaron por puntos para obtener una muestra 250. La soldadura por puntos se realizó en trece lugares a lo largo de la dirección longitudinal del canal del sombrero con un paso de 30 mm. El espécimen 250 fue reforzado con un elemento de refuerzo 230 en un rango de aproximadamente 40 mm desde el extremo del espécimen.
Como se muestra en la figura 4C, el espécimen 250 se dispuso sobre dos soportes 500, y se realizó una prueba de aplastamiento por flexión utilizando un indentador 600.
Con respecto a la muestra número 101 (sin porción acrecentada) y la muestra número 103 (con porción acrecentada), no se realizó un tratamiento térmico. Con respecto a la muestra número 104 (con porción acrecentada), la hoja de acero antes de la formación de la porción acrecentada fue sometida a un tratamiento térmico bajo las condiciones de tratamiento térmico de la Tabla 3, y el tratamiento térmico no se realizó después de la formación de la porción acrecentada.
Tabla 1
Figure imgf000019_0001
continuación
Figure imgf000020_0001
Tabla 2
Figure imgf000020_0002
continuación
Figure imgf000021_0001
Tabla 3
Figure imgf000021_0002
continuación
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000024_0001
Se considerarán los resultados de la Tabla 4.
Las muestras números 1 a 17, 105 y 107 a 115 son Ejemplos que satisfacen la totalidad de la composición, la estructura metálica y las condiciones de fabricación de la hoja de acero según la realización de la presente invención. Por lo tanto, la resistencia de la zona afectada por calor podría establecerse en Hv300 o superior. En estas muestras, no se produjo ninguna grieta en la prueba de choque con flexión. En lo que respecta a las muestras números 112 a 115, dado que la composición de la parte incorporada se desvió del rango preferible, se produjeron grietas en la zona de soldadura. Es imposible distinguir las grietas en la zona de soldadura de las grietas en la prueba de choque con flexión, por lo que la prueba de choque con flexión no se realizó con respecto a las muestras números 112 a 115.
Con respecto a las muestras números 107 a 111, la composición de la porción acrecentada (es decir, el alambre de soldadura) se desviaba del rango preferible. La muestra número 107 era deficiente en C, la muestra número 108 era deficiente en Si, la muestra número 109 era deficiente en Mn, la muestra número 110 era deficiente en Cr, y la muestra número 111 era deficiente en Mo. Como resultado, era imposible compensar la cantidad de contracción por calor debido a la deficiencia de la cantidad de expansión de volumen durante la formación de martensita, generando así una deformación térmica en la hoja de acero acrecentada antes de someterla al tratamiento térmico. Como se ha mencionado anteriormente, esta deformación térmica puede eliminarse sometiendo la hoja de acero acrecentada a un tratamiento térmico (conformación en caliente).
Las muestras números 101 y 102 son muestras de una hoja de acero que no tiene una parte incorporada. En lo que respecta a la muestra número 101, la proporción de área de martensita en la hoja de acero era inferior a 70%, ya que no se realizó el tratamiento térmico. En cuanto a la muestra número 102, la relación de área de la martensita en la hoja de acero superaba 70%, ya que el tratamiento térmico se realizó en condiciones adecuadas. Se ha encontrado que la relación de área de martensita en la hoja de acero puede establecerse en 70% o más satisfaciendo la condición de tratamiento térmico de la presente aplicación.
En cuanto a la muestra número 103, no se realizó el tratamiento térmico. Por lo tanto, la zona afectada por calor no fue tratada térmicamente, lo que condujo a la disminución de la dureza de la zona afectada por calor. La proporción de área de martensita en la hoja de acero era inferior a 70%.
En cuanto a la muestra número 104, el tratamiento térmico de la hoja de acero se realizó antes de la formación de la porción acrecentada, y el tratamiento térmico de la hoja de acero no se realizó después de la formación de la porción acrecentada. Por lo tanto, la zona afectada por calor no fue tratada térmicamente, lo que condujo a la disminución de la dureza de la zona afectada por calor. La cantidad de C en la composición de la porción acrecentada (es decir, el alambre de soldadura) era inferior al rango preferible. Como resultado, fue imposible compensar la cantidad de contracción por calor debido a la deficiencia de la cantidad de expansión de volumen durante la formación de martensita, generando así una deformación térmica en la hoja de acero acrecentada antes del tratamiento térmico. En lo que respecta a las muestras números 201 a 206, la composición de la hoja de acero se desviaba del rango de la presente solicitud. Por lo tanto, la proporción de área de martensita en la hoja de acero era inferior a 70%.
La presente solicitud reivindica prioridad en base a la solicitud de patente japonesa número 2016-194638 presentada el 30 de septiembre de 2016.
10: Pieza de acero
20: Hoja de acero
30: Parte acrecentada
40: Zona afectada por calor

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir una pieza de acero, que comprende los pasos de:
preparar una hoja de acero acrecentada que comprende una hoja de acero que comprende:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: de 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente
uno o más de:
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR,
siendo el resto hierro e impurezas inevitables, y una o más porciones acrecentadas provistas en la hoja de acero; conformar en caliente la hoja de acero acrecentada a una temperatura de un punto Ac3 o superior de la hoja de acero; y
enfriar la hoja de acero acrecentada conformada en caliente a una temperatura de un punto Ms o inferior de la hoja de acero, de forma que una proporción de área de martensita en una estructura metálica de la hoja de acero de 70% o más,
donde el paso de preparación de una hoja de acero acrecentada comprende:
preparar la hoja de acero, y
soldar un alambre de soldadura en la hoja de acero para formar las porciones acrecentadas, y
donde el alambre de soldadura comprende:
C: de 0,10 a 1,00% en masa,
Si: de 0,2 a 1,20% en masa,
Mn: de 1,0 a 20,0% en masa,
Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y
Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, y opcionalmente
uno o más de:
Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%),
Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%),
Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%), y
B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%),
siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
2. El método para producir una pieza de acero según la reivindicación 1, donde el contenido de C, el contenido de Mn y el contenido de Cr del alambre de soldadura son, respectivamente, los siguientes:
C: de 0,10 a 0,50% en masa,
Mn: de 1,0 a 5,0% en masa, y
Cr: de 1,0 a 5,0% en masa.
3. Una pieza de acero que comprende
una hoja de acero;
una o más porciones acrecentadas dispuestas sobre la hoja de acero; y
una zona afectada por calor situada entre las porciones acrecentadas y la hoja de acero;
donde la hoja de acero tiene la composición que comprende:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente
uno o más de:
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR,
siendo el resto hierro y purezas inevitables,
la hoja de acero tiene una estructura metálica en la que la martensita tiene una relación de área de 70% o más, y una zona afectada por calor tiene una dureza de Hv300 o superior.
4. La pieza de acero según la reivindicación 3, en la que las porciones acrecentadas tienen una dureza de Hv300 o superior.
5. La pieza de acero según la reivindicación 3 o 4, en la que las porciones acrecentadas comprenden:
C: de 0,10 a 1,00% en masa,
Si: de 0,2 a 1,20% en masa,
Mn: de 1,0 a 20,0% en masa,
Cr: de 1,0 a 30,0% en masa, y
Mo: de 0,30 a 1,00% en masa, y opcionalmente
uno o más de:
Ni: 3,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
Ti: 0,20% en masa o menos (excluyendo 0%),
Cu: 0,50% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%),
Co: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
V: 1,00% en masa o menos (excluyendo 0%),
W: 2,00% en masa o menos (excluyendo 0%), y
B: 0,020% en masa o menos (excluyendo 0%)
siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
6. La pieza de acero según la reivindicación 5, en la que el contenido de C, el contenido de Mn y el contenido de Cr de las porciones acrecentadas son respectivamente los siguientes:
C: de 0,10 a 0,50% en masa,
Mn: de 1,0 a 5,0% en masa, y
Cr: de 1,0 a 5,0% en masa.
7. Una hoja de acero acrecentada utilizada en el método para producir una pieza de acero según la reivindicación 1, que comprende: una hoja de acero que comprende:
C: de 0,15 a 0,5% en masa,
Si: de 0,10 a 3% en masa,
Mn: de 0,5 a 5% en masa,
P: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
S: 0,05% en masa o menos (excluyendo 0%),
Al: de 0,01 a 1% en masa,
B: de 0,0002 a 0,01% en masa,
Ti: 0,005 a (3,4[N] 0,1) % en masa (donde [N] representa un contenido de N (% en masa)), y
N: de 0,001 a 0,01 % en masa, y opcionalmente
uno o más de:
(a) 0,1% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de V, Nb y Zr,
(b) de 0,01 a 2% en masa en total de Cr y/o Mo
(c) de 0,01 a 0,5% en masa en total de Ni y/o Cu, y
(d) 0,01% en masa o menos (excluyendo 0%) en total de uno o más de Mg, Ca y MTR, siendo el resto hierro e impurezas inevitables;
una o más porciones acrecentadas dispuestas en la hoja de acero; y
una zona afectada por calor situada entre las porciones acrecentadas y la hoja de acero;
donde la zona afectada por calor tiene una dureza inferior a Hv300.
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