ES2929345T3 - Acero de alta resistencia con propiedades mecánicas mejoradas - Google Patents

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Petra Seda
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Tata Steel Ijmuiden BV
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Abstract

La invención se refiere a un fleje de acero de alta resistencia que tiene cantidades medias de C, Mn, Si, Cr y Al, en el que el fleje de acero tiene una microestructura que consiste en, en % en volumen: ferrita y bainita juntas 50 - 90 %, martensita < 15 %, austenita retenida 5 - 15%, siendo el resto perlita, cementita, precipitados e inclusiones juntos hasta un 5%. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Acero de alta resistencia con propiedades mecánicas mejoradas
La invención se relaciona con un acero de alta resistencia con propiedades mecánicas mejoradas. La invención también se relaciona con un método con el que se puede producir dicho acero de alta resistencia.
La mejora de la ductilidad a una resistencia elevada es deseable para los mercados generalizados. En la industria automotriz en particular, donde la legislación está impulsando mejoras en el ahorro de combustible y la seguridad, hay un movimiento hacia aceros de alta resistencia más fuertes y conformables. Las tiras de acero de alta y ultra alta resistencia brindan a los fabricantes de automóviles el potencial para reducir el peso de la carrocería en blanco y la oportunidad de contrarrestar los aumentos de peso que surgen del paso a los vehículos eléctricos e híbridos. Además, los aceros de alta y ultra alta resistencia juegan un papel fundamental en la determinación de la resistencia a choques de los vehículos de pasajeros modernos.
La aplicación extensiva de acero de alta y ultra alta resistencia requiere, en muchos casos, niveles de conformabilidad que son más altos de lo que se puede esperar de los aceros de carbono-manganeso convencionales. La mejora de la ductilidad residual en las partes formadas es beneficiosa para la integridad en caso de choque. En los últimos años se han desarrollado varios tipos de acero de alta resistencia en los que, como primera aproximación, se consideró que la elongación por tracción era una medida simple tanto de conformabilidad como de integridad al impacto. Sin embargo, los desarrollos recientes de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) han demostrado que la ductilidad de los bordes juega un papel igualmente importante.
Con el aumento de la resistencia, la elongación por tracción y/o la ductilidad del borde (medida como relación de expansión del agujero) son menores. Por lo general, la elongación y la ductilidad del borde son propiedades en conflicto: cuando se mejora la elongación, la ductilidad del borde es menor y viceversa. La conformabilidad óptima de la lámina de AHSS es, por lo tanto, un compromiso entre la elongación y la ductilidad del borde. Esto tiene repercusiones en el conformado de una parte de automóvil compleja a partir de una hoja de AHSS en una prensa, pero también en la de conformabilidad de la parte en un choque.
En el desarrollo de láminas de acero de alta resistencia se ha intentado superar estos problemas utilizando mayores cantidades de elementos de aleación en el acero. También se puede lograr una mejora extrema de la conformabilidad utilizando adiciones de alta aleación (predominantemente manganeso) para estabilizar la austenita. Algunos ejemplos son los aceros de manganeso medio y los aceros de plasticidad inducida por hermanamiento (TWIP). La austenita es inherentemente más dúctil que la ferrita y el hermanamiento puede proporcionar un mecanismo de endurecimiento por trabajo muy eficaz. Dichos aceros pueden lograr elongaciones muy altas (típicamente 30-50 %) con resistencias muy altas (típicamente 1000 MPa). Sin embargo, el límite elástico es comparativamente bajo y es necesario aplicar grandes deformaciones uniformemente para lograr una alta resistencia en el componente formado. Además, los niveles extremadamente altos de aleación hacen que la producción a gran escala sobre el proceso convencional sea problemática. El documento WO 2018055098 divulga un acero de alta resistencia laminado en caliente para uso en componentes de chasis de automóviles y que tiene buena conformabilidad de ala estirable y HEC.
Es un objeto de la invención proporcionar un tipo de acero de alta resistencia con propiedades optimizadas en vista de la elongación por tracción y la relación de expansión del orificio.
Es otro objeto de la invención proporcionar un tipo de acero de alta resistencia que tenga un límite elástico bajo.
Es otro objeto de la invención proporcionar un tipo de acero de alta resistencia que tenga una cantidad relativamente baja de elementos de aleación.
Uno o más de estos objetos se consiguen de acuerdo con la invención proporcionando una tira de acero de alta resistencia que consiste en los siguientes elementos, en % en peso: C: 0.12 - 0.18, Mn: 2.00 - 2.60, Si: 0.30 - 0.77, Cr: 0.10 - 0.70, Al: < 0.39, S: < 0.005, N: < 0.015, P: < 0.03 y opcionalmente uno o más de los elementos seleccionados de: Nb: < 0.06, Mo: < 0.20, Ti: < 0.04, V: < 0.20, B: < 0.004, Ca: < 0.004, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, donde la tira de acero tiene una microestructura que consiste en, % en volumen: ferrita y bainita juntas 50 - 90, martensita < 15, austenita retenida 5 -15, siendo el resto perlita, cementita , precipitados e inclusiones juntos hasta 5, la suma adicionando hasta 100 % en volumen
Los inventores han descubierto que las propiedades equilibradas de un acero de doble fase con alta resistencia se consiguen eligiendo una estrategia de aleación adecuada y ajustando las características microestructurales durante el procesamiento.
La invención se centra en un acero de doble fase con propiedades optimizadas para la conformabilidad. Para obtener una alta relación de expansión del agujero (valor HEC), la microestructura debe contener una gran cantidad de bainita. Utilizando Si como elemento de aleación, se forma una bainita libre de carbono, en la que el exceso de carbono se difunde en austenita y la estabiliza. La austenita retenida está presente porque es buena para la elongación y, por lo tanto, mejora la conformabilidad de la lámina de acero durante el conformado. La austenita retenida es metaestable y se transforma en martensita durante la conformación, lo que mejora la resistencia de la parte formada. Sin embargo, una fracción de bainita más alta no es favorable para la elongación y la austenita retenida no es favorable para la expansión del hueco. Por lo tanto, se ha diseñado una microestructura equilibrada con una fracción de bainita aumentada (buena para HEC, no para elongación) y con austenita retenida (buena para elongación, no para HEC) para un acero bifásico con alta resistencia y buena conformabilidad. La cantidad de martensita es relativamente baja para proporcionar altos valores de HEC, y la ferrita está presente para un menor límite elástico.
Preferiblemente, la microestructura del acero de acuerdo con la invención anterior consiste, en % en volumen, de uno o más de los siguientes: ferrita 15 - 55 %, bainita 35 - 75 %, martensita < 10 % (preferiblemente 1 - 5 %) , austenita retenida 5 -10 %, siendo el resto perlita, cementita, precipitados e inclusiones juntos hasta 5%, sumando la suma hasta 100 % en volumen. Esto da como resultado una conformabilidad optimizada del acero.
Ferrita (15 - 55 %): La ferrita es necesaria para proporcionar un sustrato conformable y endurecible por trabajo y es importante para lograr el carácter de fase dual y una relación de rendimiento más baja. Por encima de este límite, la microestructura final no contendrá suficiente bainita y/o martensita y, por lo tanto, la resistencia será demasiado baja. La ductilidad del borde no será suficiente. Por debajo de este límite, la relación de rendimiento será demasiado alta.
Bainita (35 - 75%): La bainita proporciona resistencia. La transformación de bainita en presencia de silicio conduce al carbono a la fase austenita, lo que permite niveles de enriquecimiento de carbono en la fase austenita que permiten la formación de una fase (meta)estable a temperatura ambiente; este proceso se llama partición. La bainita también tiene ventaja sobre la martensita como fase de refuerzo debido a una menor localización de la deformación a microescala y, en consecuencia, mejora la resistencia a la fractura, es decir, mejora la ductilidad del borde. Por debajo del límite inferior habrá una estabilización de austenita insuficiente y la ductilidad del borde será demasiado baja. Más allá del límite superior, el límite elástico será demasiado alto.
Martensita (< 15%): La martensita se forma durante el enfriamiento final del recocido. También proporciona fuerza. Por encima del límite superior, la resistencia será demasiado alta y/o la ductilidad del borde demasiado baja. Algo de martensita está preferiblemente presente para lograr la respuesta de tracción DP (para suprimir la elongación del límite elástico). Preferiblemente la martensita es <10 %, más preferiblemente entre 1 y 5 %.
Austenita retenida (5-15): La austenita retenida mejora la elongación a través del efecto TRIP. Por debajo del 5 % no se logrará el nivel de elongación deseado. El límite superior lo establece la composición. Preferiblemente, el límite superior es 10 %.
Debido al procesamiento de la tira de acero, pueden estar presentes en el acero pequeñas cantidades de perlita, cementita, precipitados e inclusiones, en conjunto hasta un 5 %.
Además, el acero de acuerdo con la invención combina una cantidad relativamente baja de carbono (0.12 - 0.18 % en peso) con una cantidad relativamente baja de silicio (0.30 - 0.7 % en peso). Esto es ventajoso para la producción de láminas de acero en comparación con tipos de acero que contienen mayores cantidades de carbono y/o silicio.
La estrategia de aleación se analiza a continuación.
Carbono (0.12 - 0.18): El carbono (C) es necesario para obtener la templabilidad y el nivel de resistencia deseados. Permite la estabilización de la austenita retenida. Por debajo de este intervalo, el nivel de carbono libre puede ser insuficiente para permitir la estabilización de la fracción deseada de austenita. Como resultado, es posible que no se logre el nivel deseado de elongación. Por encima de este intervalo, la soldabilidad se convierte en una preocupación.
Manganeso (2.00 - 2.60): El manganeso (Mn) brinda un fortalecimiento sustancial de la solución sólida, estabiliza la austenita y mejora la templabilidad promoviendo la conformación de productos de transformación duros a velocidades de enfriamiento alcanzables en líneas de recocido convencionales. Por encima de este intervalo, la humectabilidad de la superficie de una tira de acero se ve afectada. Este nivel máximo también se da en vista de las segregaciones más fuertes durante la colada y la conformación de una banda de martensita en la tira a valores más altos. Con un contenido de Mn por debajo del límite inferior, se deterioran la resistencia y el comportamiento de transformación.
Silicio (0.30 - 0.77): La adición de silicio (Si) proporciona un fortalecimiento de la solución sólida, lo que permite lograr una alta resistencia y promueve la estabilización de la austenita. El Si retarda de manera muy efectiva la formación de carburos durante el envejecimiento, manteniendo así el carbono en solución para la estabilización de la austenita. La ferrita y las fases duras tales como la bainita y la martensita exhiben una ductilidad mejorada en ausencia de carburos. El carbono libre, no atrapado en los carburos, puede dividirse en austenita. Para una capacidad de recubrimiento aceptable, la adición impuesta de Si debe estar por debajo del nivel máximo de 0.77 % en peso. El Si es un elemento estabilizador de ferrita y, por lo tanto, garantiza un comportamiento de transformación adecuado para fabricar un producto de acero con un límite elástico relativamente bajo. La segregación de Si durante la colada es menos perjudicial para la ductilidad del borde en comparación con Mn.
Cromo (0.10 - 0.70): El cromo (Cr) se puede utilizar para aumentar la templabilidad, retardando así la conformación de productos de transformación a alta temperatura al enfriarse hasta la temperatura de sobreenvejecimiento. Por lo tanto, las adiciones de Cr pueden permitir la utilización de tasas de enfriamiento más bajas que se logran más fácilmente en líneas de producción a gran escala. Debido a su efecto de templabilidad, Cr también es eficaz para aumentar la resistencia. Con un contenido de Cr por debajo del límite inferior, el comportamiento de transformación es inadecuado para proporcionar el nivel de resistencia deseado. Se impone un nivel máximo para garantizar que no se forme demasiada martensita y que se forme suficiente bainita.
Aluminio (< 0.39): El aluminio (Al) se utiliza para desoxidar el acero líquido antes de la colada. Además, se puede utilizar una pequeña cantidad de Al para ajustar las temperaturas y la cinética de transformación durante la parada por enfriamiento. Altos niveles de Al pueden conducir a la elevación del intervalo de temperatura de transformación de ferrita a austenita a niveles que no son compatibles con las instalaciones convencionales. Por lo tanto, la cantidad total de aluminio en el acero en forma de óxidos de Al y aluminio soluto debe ser inferior al 0.39 % en peso.
Azufre (S < 0.005): Es preferible evitar el azufre (S), pero inevitablemente está presente en el proceso de fabricación del acero. Un menor contenido de azufre es mejor para la ductilidad de los bordes y la conformabilidad en general.
Nitrógeno (N < 0.015): El contenido de nitrógeno (N) está limitado a máximo 0.015 % en peso, como es habitual en las plantas de colada continua.
Fósforo (P < 0.03): El fósforo puede hacer que el acero se vuelva quebradizo al soldarlo, por lo que la cantidad se limita a máximo 0.03 % en peso.
Opcionalmente, uno o más de los siguientes elementos pueden estar contenidos en la composición de acero. Nb (< 0.06), Mo (< 0.20), Ti (< 0.04) and V (< 0.20). Estos elementos se pueden usar para refinar la microestructura en el producto intermedio laminado en caliente y el producto terminado. La microestructura refinada puede conducir a una mayor mejora de la ductilidad del borde. Estos elementos también proporcionan un efecto fortalecedor.
Boro (B < 0.004): El boro (B) se puede utilizar para optimizar el comportamiento y la resistencia de la transformación. El boro suprime la conformación de ferrita durante el enfriamiento de la austenita. La adición de boro mejora la templabilidad del acero.
Calcio (Ca < 0.004): La adición de calcio (Ca) es beneficiosa principalmente para aceros con mayor contenido de S. La adición de calcio modifica la morfología de las inclusiones de sulfuro de manganeso. Cuando se agrega calcio, las inclusiones adquieren una forma globular en lugar de alargada. La evitación de estas inclusiones alargadas es beneficiosa para la ductilidad de los bordes. El tratamiento con Ca también previene la formación de inclusiones de alúmina dura.
De acuerdo con una realización preferida, la cantidad de C es 0.13 - 0.18, preferiblemente 0.14 - 0.17 (en % en peso), y/o la cantidad de Mn es 2.00 - 2.50, preferiblemente 2.10 - 2.45, más preferiblemente 2.15 - 2.40 (en % en peso).
Los intervalo para C y Mn se eligen de modo que se encuentre un equilibrio correcto para proporcionar un comportamiento de transformación y un nivel de resistencia apropiados. Mn y C son elementos estabilizadores de austenita, como se explicó anteriormente. Los intervalo preferidos brindan resistencia y conformabilidad optimizadas en combinación con los otros elementos del acero.
De acuerdo con una realización preferida adicional, la cantidad de Si Cr < 1.30, preferiblemente Si Cr < 1.20, más preferiblemente Si Cr < 1.10, aún más preferiblemente Si Cr < 1.00, incluso más preferiblemente Si Cr < 0.90, lo más preferiblemente Si Cr < 0.84 (en % en peso).
Si y Cr son elementos que estabilizan la ferrita. La formación de ferrita es necesaria para un producto de bajo límite elástico, sin embargo, las fracciones de ferrita demasiado altas disminuyen la resistencia y/o la ductilidad del borde. Por lo tanto, Si Cr < 1.3 es una condición para garantizar un comportamiento de transformación adecuado, es decir, el equilibrio adecuado entre fases (no se forma demasiada ferrita). Preferiblemente, la cantidad de Si+Cr es incluso menor para mejorar la producibilidad de la lámina de acero.
A ese respecto, se prefiere cuando la cantidad de Si es 0.30 - 0.70, más preferiblemente 0.35 - 0.65, aún más preferiblemente 0.40 - 0.60 (en % en peso), y/o cuando la cantidad de Cr es 0.15 - 0.65, más preferiblemente 0.20 -0.60, aún más preferiblemente 0.25 - 0.60 (en % en peso), y/o donde la cantidad de Al es < 0.10, más preferiblemente < 0.05 (en % en peso). Estos intervalos preferidos proporcionan condiciones óptimas para la conformación de la microestructura adecuada y una buena capacidad de producción del acero.
Por lo general, se prefieren cantidades bajas de elementos opcionales en vista del coste de dichos elementos. A ese respecto, la cantidad preferida de Nb es < 0.04, preferiblemente < 0.03, más preferiblemente < 0.02 (en % en peso), la cantidad preferida de Ti es < 0.03, más preferiblemente < 0.020, lo más preferiblemente < 0.01 (en % en peso), la cantidad preferida de B es < 0.002, preferiblemente < 0.001, lo más preferiblemente < 0.0006 (en % en peso), la cantidad preferida de V es < 0,10, preferiblemente < 0.05, lo más preferiblemente < 0.02 (en % en peso ), y la cantidad preferida de Mo es < 0.10, preferiblemente < 0.05, lo más preferiblemente < 0.02 (en %).
También se prevé que uno o más de Nb, Mo, Ti, V y B estén presentes como impurezas, ya que no hay necesidad de añadir dichos elementos para alcanzar la conformabilidad deseada de acuerdo con la invención.
De acuerdo con una realización preferida de la invención, la tira de acero de alta resistencia tiene una o más de las siguientes propiedades: una resistencia a la tracción (Rm) en el intervalo de 950 - 1200 MPa, preferiblemente 980 -1180 MPa, un límite elástico (Rp) < 620 MPa antes del laminado templado, preferiblemente < 600 MPa, una elongación total (Ajis5) > 12 %, una capacidad de expansión del agujero (HEC) > 15 %.
Estos límites inferiores para la elongación y la expansión del orificio proporcionan una conformabilidad muy buena del acero durante el conformado en una prensa, especialmente cuando se combinan.
Preferiblemente la elongación total (Ajis5) es > 13 %, más preferiblemente > 14 %, lo más preferiblemente > 15 %. Tales altos niveles de elongación para un acero de alta resistencia, especialmente para un acero con una resistencia a la tracción de al menos 950 MPa, son una excepción en combinación con un alto valor HEC y una baja cantidad de elementos de aleación.
Preferiblemente, la capacidad de expansión del orificio (HEC) es > 20 %, más preferiblemente > 25 %, lo más preferiblemente > 30 %. Valores tan altos de HEC son muy buenos para la conformabilidad del acero.
Los inventores han descubierto que la tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la invención tiene una conformabilidad excelente cuando las propiedades mecánicas definidas anteriormente cumplen la siguiente condición: (Ajis5 x HEC x Rme) / Rp > 550, preferiblemente (Ajis5 x HEC x Rm) / Rp > 600, más preferiblemente (Ajis5 x HEC x Rm) / Rp > 650, lo más preferiblemente (Ajis5 x h Ec x Rm) / Rp > 700. La fórmula (Ajis5 x HEC x Rm) / Rp combina efectivamente las propiedades mecánicas más importantes de tal manera que las propiedades Ajis5, HEC y Rm que debería ser altas se combinan con Rp que debería ser bajo.
De acuerdo con una realización preferida, la tira de acero de alta resistencia se recubre con un recubrimiento con base en zinc, la tira recubierta tiene un límite elástico Rp < 740 MPa después del laminado templado, preferiblemente Rp < 720 MPa después del laminado templado, más preferiblemente Rp < 700MPa después del laminado templado. Debido al recubrimiento con zinc en un baño de recubrimiento por inmersión en caliente, el límite elástico del acero aumenta.
La invención de acuerdo con un segundo aspecto se refiere a un método para producir la tira de acero de alta resistencia de acuerdo con el primer aspecto de la invención, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de acuerdo con el primer aspecto de la invención se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 30 °C a Ac3+30 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una velocidad de calentamiento promedio HR en el intervalo de 5 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 10 - 90 s, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 2 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730 °C, preferiblemente 600 - 730 °C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una rata de enfriamiento CR2 en el intervalo de 20 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 380 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, y luego se mantiene la tira a la temperatura T4, es decir, entre T3 ± 50 °C durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, donde T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C, seguido de enfriamiento de la tira de acero a una rata de enfriamiento c R3 de al menos 4 °C/s a una temperatura inferior a 300 °C;
• La tira se templa con una reducción de menos del 0.5 %.
Los inventores han encontrado que usando este método, se puede producir una tira de acero que tiene la microestructura requerida.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método para producir tiras de acero de alta resistencia de acuerdo con el primer aspecto de la invención, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de acuerdo con el primer aspecto de la invención se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 30 °C a Ac3+30 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una velocidad de calentamiento promedio HR en el intervalo de 5 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 10 -90 s, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 2 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730 °C, preferiblemente 600 - 730 °C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una rata de enfriamiento CR2 en el intervalo de 20 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 380 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, y luego se mantiene la tira a la temperatura T4, es decir, entre T3 ± 50 durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, en el que T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C;
• Seguido de un recubrimiento por inmersión en caliente de la tira de acero en un baño de galvanización para proporcionar a la tira un recubrimiento de zinc o un recubrimiento con base en zinc, seguido de un enfriamiento de la tira de acero recubierta a una rata de enfriamiento CR3 de al menos 4 °C/s a una temperatura por debajo de 300°C;
• La tira recubierta se templa con una reducción de menos del 0.5 %.
Usando el método de acuerdo con el tercer aspecto de la invención, se produce una lámina de acero galvanizada de alta resistencia. El recubrimiento con base en zinc puede contener, por ejemplo, Al 0.7 - 5 % y/o Mn 0.3 - 5 % .
De acuerdo con un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un método para producir tiras de acero de alta resistencia de acuerdo con el primer aspecto de la invención, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13 se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 50°C a Ac3 40 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una rata de calentamiento promedio HR en el intervalo de 1 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 90 s como máximo, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 0.5 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730 °C, preferiblemente 600 - 730 °C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una rata de enfriamiento CR2 en el intervalo de 5 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 330 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, y luego se mantiene la tira a la temperatura T4, es decir, entre T3 ± 50 durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, en el que T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C;
• Opcionalmente seguido de recubrimiento por inmersión en caliente de la tira de acero en un baño de galvanización para proporcionar a la tira un recubrimiento de zinc o un recubrimiento con base en zinc;
• Seguido por el enfriamiento de la tira de acero recubierto a una rata de enfriamiento de al menos 4 °C/s hasta una temperatura inferior a 300 °C;
• La tira recubierta se templa con una reducción de menos del 0.5 %.
Los inventores han descubierto que utilizando este método de acuerdo con el cuarto aspecto de la invención es posible producir una tira de acero que tiene la microestructura requerida, en la que los requisitos de temperatura, tiempo y ajustes de velocidad de calentamiento y enfriamiento son amplios.
La invención se aclarará con referencia a los siguientes ejemplos .
Se han colado nueve aleaciones usando las composiciones que se dan en la Tabla 1 a continuación, las cantidades de los elementos se dan en % en peso. Los elementos que no se muestran en la tabla están presentes como impurezas.
Tabla 1: Composición de acero (% en peso)
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En la Tabla 1, en la primera columna I indica una aleación de acuerdo con la invención, mientras que C indica una aleación de un ejemplo comparativo.
Las temperaturas de transición de fase de las aleaciones se dan en la Tabla 2. Las temperaturas por encima de las cuales la microestructura está totalmente compuesta de austenita (Ac3), las temperaturas de inicio de bainita (Bs) y de inicio de martensita (Ms) (en °C) se proporcionan en la Tabla 2.:
Tabla 2: temperaturas de transición de fase
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Las temperaturas Ac3 y Ms se midieron usando dilatometría: la muestra se calentó con una rata de calentamiento promedio de 11 °C/s hasta 900 °C. Posteriormente la muestra se mantiene a 900°C durante 30s. Entonces la muestra se enfría rápidamente. La temperatura Bs se calculó utilizando la herramienta JmatPro v10.2.
El método para producir la tira de acero de alta resistencia de acuerdo con los ejemplos es el siguiente.
El acero fundido se lamina en caliente hasta un espesor de 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT). La tira se lamina en frío con una reducción del 75 %. Para la determinación de las propiedades mecánicas, las muestras de tiras se recocieron utilizando un simulador de recocido continuo de laboratorio. Primero, la tira se calienta con una rata de calentamiento promedio HR a una temperatura T1 de manera que se obtuvo una microestructura parcial o totalmente austenítica. Posteriormente la tira se mantiene en T1 por un período de tiempo t-i. Luego la tira se enfría a la temperatura T2 a una rata de enfriamiento CR1, seguido de un enfriamiento adicional a la temperatura T3 a una rata de enfriamiento CR2. A continuación, la tira se mantiene a una temperatura T4, en este caso igual a T3, durante un tiempo de sobreenvejecimiento t2. Durante este período la temperatura T4 puede variar tanto por el calor latente de transformación que se produce como por el enfriamiento natural. Luego, la tira se lleva a 455 °C, que representa la temperatura del baño de Zn, que generalmente está en el intervalo de 450 - 470 °C, y se mantiene a esta temperatura durante aproximadamente 17 s para simular el paso de galvanizado por inmersión en caliente. Luego, la tira se enfría por debajo de los 300 °C a una rata de al menos 4 °C/s. Después de eso, la tira se enfría a temperatura ambiente al aire.
Solo la aleación I del ejemplo 16 se produce en una fábrica, donde los ajustes de los métodos difieren de los de los ejemplos de laboratorio, y la tira producida se recubrió directamente con un galvanizado convencional.
Los valores para la rata de enfriamiento CT, la tasa de calentamiento promedio HR y las respectivas temperaturas, tiempos y tasas de enfriamiento utilizadas para la producción de nueve muestras se dan en la Tabla 3.
Tabla 3: parámetros de producción
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La microestructura de las muestras producidas se determina como sigue.
La fracción de volumen de ferrita, bainita y martensita se ha evaluado a partir de datos de dilatometría con la regla de la palanca (la ley lineal de las mezclas) aplicada a los datos usando las ecuaciones no lineales para la contracción térmica de las redes bcc y fcc derivadas en el artículo por SMC Van Bohemen en Scr. Mate. 69 (2013), p. 315-318 (Ref. [1]). Para enfriamiento después de la austenización completa, T1 > Ac3, la contracción térmica medida en el intervalo de alta temperatura donde no ocurre transformación puede describirse simplemente mediante la expresión propuesta en la Ref. [1] para la red fcc. Para enfriamiento después de austenización parcial, T1 < Ac3, la contracción térmica medida en el intervalo de alta temperatura está determinada por los coeficientes de expansión térmica (CTE) de los componentes de la fase individual de acuerdo con una regla de mezclas. Luego, el inicio de la transformación durante el enfriamiento se identifica por la primera desviación de los datos de dilatometría de esta línea definida por la expansión térmica en el intervalo de alta temperatura. La austenita retenida (RA) se determinó mediante mediciones de difracción de rayos X, y la fracción RA se utilizó como entrada en el análisis de la regla de palanca de los datos de dilatación.
Las fracciones en volumen de ferrita, bainita, martensita y austenita retenida (en % en volumen) determinadas de esta manera se dan en la Tabla 4 para las dieciséis muestras.
Tabla 4: microestructura
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Las propiedades de las muestras se determinan como sigue.
Las propiedades de tracción límite elástico (Rp), resistencia a la tracción (Rm) y elongación total (Ajis5) se determinaron utilizando una máquina de ensayo servohidráulica de acuerdo con la norma ISO 6892. Solo para la Aleación I, se utilizó el ejemplo 16 no la elongación total Ajis5, pero la elongación estándar A80.
La prueba de expansión del agujero para determinar el valor HEC se llevó a cabo utilizando el método de prueba descrito en ISO 16630 en muestras con agujeros perforados, donde la muestra se coloca de manera que la rebaba en los bordes perforados esté presente en el lado superior lejos del punzón cónico.
Las propiedades de las dieciséis muestras determinadas de esta manera se dan en la Tabla 5.
Tabla 5: propiedades
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Los ejemplos anteriores muestran que con una aleación de acuerdo con la invención y con los pasos de procesamiento de acuerdo con la invención, se producen muestras que tienen las propiedades mecánicas requeridas, resistencia a la tracción y límite elástico, y la combinación mejorada requerida de alta elongación total y valor HEC. .
Las aleaciones y muestras inventivas también muestran que con una cantidad combinada razonablemente baja de silicio y cromo, que puede ser inferior al 1.3% en peso, se puede obtener una tira de acero de alta resistencia con propiedades adecuadamente altas. La cantidad combinada de silicio y cromo puede ser incluso inferior al 0.85 % en peso, como se muestra en las aleaciones D a H de la Tabla 1, aleación que puede dar como resultado un tipo de acero de alta resistencia con una elongación total del 12 al 19 % y un valor HEC de 19 a 36 %.
El análisis de los datos revela que la distinción de los ejemplos inventivos puede capturarse mediante un único requisito, es decir: (Ajis5 x HEC * Rm) / Rp ^ 550. Esta expresión es válida para la presente invención con los intervalos de composición y las restricciones de proceso definidas anteriormente. Véase ejemplo 7: tiene todas las propiedades dentro de las reivindicaciones (Rp, Rm, Ajis5, HEC); pero la fórmula muestra la diferencia.
La conformabilidad general del acero se puede evaluar mediante esta fórmula. Esta fórmula enfatiza la importancia de las propiedades optimizadas necesarias para lograr el rendimiento de estampado deseado: alta elongación y alto HEC para acero de alta resistencia a la tracción con bajo límite elástico. Por lo tanto, no es solo la optimización de una alta elongación o alta capacidad de expansión del agujero, pero ambos juntos.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Tira de acero de alta resistencia que consiste en los siguientes elementos, en % en peso:
C 0.12-0.18
Mn 2.00 -2.60
Si 0.30 -0.77
Cr 0.10 -0.70
Al < 0.39
S < 0.005
N < 0.015
P < 0.03
y opcionalmente uno o más de los elementos seleccionados de:
Nb < 0.06
Mo < 0.20
Ti < 0.04
V < 0.20
B < 0.004
Ca < 0.004
siendo el resto hierro e impurezas inevitables,
en donde la tira de acero tiene una microestructura que consiste en, % en volumen:
ferrita y bainita juntos 50 - 90
martensita < 15
austenita retenida 5 -15,
siendo el resto perlita, cementita, precipitados e inclusiones juntas hasta 5,
la suma adicionando hasta 100 % en volumen.
2. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la tira de acero tiene una microestructura que consiste en, % en volumen, uno o más de los siguientes:
ferrita 15 - 55
bainita 35 - 75
martensita < 10, preferiblemente 1 - 5
austenita retenida 5 -10
siendo el resto perlita, cementita, precipitados e inclusiones juntas hasta 5,
la suma adicionando hasta 100 % en volumen.
3. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que la cantidad de C es 0.13 - 0.18, preferiblemente 0.14 - 0.17 (en % en peso), y/o en la que la cantidad de Mn es 2.00 - 2.50, preferiblemente 2.10 - 2.45, más preferiblemente 2.15 - 2.40 (en % en peso).
4. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en la que la cantidad de Si+Cr < 1.30, preferiblemente Si+Cr < 1.20, más preferiblemente Si+Cr < 1.10, aún más preferiblemente Si+Cr < 1.00, aún más preferiblemente Si+Cr < 0.90 , lo más preferiblemente Si+Cr < 0.84 (en % en peso).
5. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Si es de 0.30 - 0.70, más preferiblemente de 0.35 - 0.65, aún más preferiblemente de 0.40 - 0.60 (en % en peso), y/o en la que la cantidad de Cr es 0.15 - 0.65, más preferiblemente 0.20 - 0.60, aún más preferiblemente 0.25 - 0.60 (en % en peso), y/o en la que la cantidad de Al es < 0.10, más preferiblemente < 0.05 (en % en peso).
6. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Nb es < 0.04, preferiblemente < 0.03, más preferiblemente < 0.02 (en % en peso), y/o en la que la cantidad de Ti es < 0.03, más preferiblemente < 0.020, lo más preferiblemente < 0.01 (en % en peso).
7. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de B es < 0.002, preferiblemente < 0.001, lo más preferiblemente < 0.0006 (en % en peso), y/o en el que la cantidad de V es < 0.10, preferiblemente < 0.05, lo más preferiblemente < 0.02 (en % en peso), y/o en la que la cantidad de Mo es < 0.10, preferiblemente < 0.05, lo más preferiblemente < 0.02 (% en peso).
8. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que uno o más de Nb, Mo, Ti, V y B están presentes como impurezas.
9. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la tira de acero tiene una o más de las siguientes propiedades:
resistencia a la tracción (Rm) en el intervalo de 950 - 1200 MPa, preferiblemente 980 - 1180 MPa
límite elástico (Rp) < 620 MPa antes del laminado templado, preferiblemente < 600 MPa de elongación total (Ajiss) > 12 %
capacidad de expansión del agujero (HEC) > 15 %.
10. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 9, en la que la elongación total (Ajiss) es > 13 %, preferiblemente > 14 %, más preferiblemente > 15 %.
11. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en la que la capacidad de expansión del agujero (HEC) es > 20 %, preferiblemente > 25 %, más preferiblemente > 30 %.
12. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 - 11 anteriores, en la que se aplica la siguiente condición: (Ajiss x HEC * Rm) / Rp > 550, preferiblemente (Ajiss x HEC x Rm) / Rp > 600, más preferiblemente (Ajiss * HEC * Rm) / Rp > 650, lo más preferiblemente (Ajiss * h Ec * Rm) / Rp > 700.
13. Tira de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la tira de acero está recubierta con un recubrimiento con base en zinc, teniendo la tira recubierta un límite elástico Rp < 740 MPa después del laminado templado, preferiblemente Rp < 720 MPa después del laminado templado, más preferiblemente Rp < 700 MPa después del laminado templado.
14. Un método para producir tiras de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13 anteriores, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -13 se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 30°C a Ac3 30 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una rata de calentamiento promedio HR en el intervalo de 5 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 10 - 90 s, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 2 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730 °C, preferiblemente 600 - 730 °C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una tasa de enfriamiento CR2 en el intervalo de 20 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 380 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, y luego se mantiene la tira a la temperatura T4 que está entre T3 ± 50 °C durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, donde T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C, seguido de enfriamiento de la tira de acero a una rata de enfriamiento CR3 de al menos 4 °C/s hasta una temperatura inferior a 300 °C;
• La tira recubierta se templa con una reducción inferior al 0.5 %.
15. Un método para producir tiras de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 -13, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13 se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 30°C a Ac3 30 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una rata de calentamiento promedio HR en el intervalo de 5 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 10 - 90 s, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 2 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730 °C, preferiblemente 600 - 730°C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una rata de enfriamiento CR2 en el intervalo de 20 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 380 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, y luego se mantiene la tira a la temperatura T4 que está entre T3 ± 50 durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, donde T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C;
• Seguido por el recubrimiento por inmersión en caliente de la tira de acero en un baño de galvanizado para proporcionar a la tira un recubrimiento de zinc o un recubrimiento con base en zinc, seguido por el enfriamiento de la tira de acero recubierta a una rata de enfriamiento de al menos 4 °C/s a una temperatura por debajo de 300 °C;
• La tira recubierta se templa con una reducción inferior al 0.5 %.
16. Un método para producir tiras de acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13 anteriores, que comprende los siguientes pasos:
• El acero con la composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13 se funde y se lamina en caliente en una tira que tiene un espesor de 2.0 - 4.0 mm y se bobina a una temperatura de bobinado (CT) en el intervalo de 500 - 650 °C;
• La tira se lamina en frío con una reducción del 40 - 80 %;
• La tira se calienta a una temperatura T1 en el intervalo de Ac3 - 50°C a Ac3 40 °C para formar una microestructura total o parcialmente austenítica, preferiblemente con una rata de calentamiento promedio HR en el intervalo de 1 - 25 °C/s;
• Posteriormente, la tira se mantiene en T1 durante un período de tiempo t1 de 90 s como máximo, seguido de un enfriamiento lento de la tira con una rata de enfriamiento CR1 en el intervalo de 0.5 -12 °C/s hasta una temperatura T2 en el intervalo de 570 - 730°C, preferiblemente 600 - 730°C;
• Luego, la tira se enfría rápidamente con una rata de enfriamiento CR2 en el intervalo de 5 - 70 °C/s a una temperatura T3 en el intervalo de 330 - 470 °C, preferiblemente 400 - 450 °C, luego se mantiene la tira a la temperatura T4 que está entre T3 ± 50 durante un período de tiempo t2 de 25 - 100 s, donde T4 al final del período de tiempo t2 está entre T3 ± 30 °C;
• Opcionalmente, seguido de recubrimiento por inmersión en caliente de la tira de acero en un baño de galvanización para proporcionar a la tira un recubrimiento de zinc o un recubrimiento con base en zinc;
• Seguido por el enfriamiento de la tira de acero recubierta a una rata de enfriamiento de al menos 4 °C/s a una temperatura inferior a 300 °C; •
• La tira recubierta se templa con una reducción inferior al 0.5 %.
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