MXPA00002752A - Miembros estructurales de acero laminados en caliente de alta resistencia - Google Patents

Abstract

Se describen miembros estructurales de acero de alta resistencia y un método para producirlos al proporcionar material de acero de alta resistencia que tenga una composición química y preferentemente una resistencia tensil de cuando menos aproximadamente 120,000 psi y límite de fluencia de aproximadamente 90,000 psi y laminar en caliente el material de acero para proporcionar el miembro estructural con la configuración geométrica deseada.

Description

MIEMBROS ESTRUCTURALES DE ACERO LAMINADOS EN CALIENTE DE ALTA RESISTENCIA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para hacer miembros estructurales de acero de alta resistencia, y mas particularmente se refiere a un método en el cual, una hoja de acero de alta resistencia es laminada en caliente o forjada en un miembro estructural que tenga una configuración de corte transversal geométrica deseada en tanto que mantenga las propiedades de alta resistencia de la hoja de acero. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Partes de acero de alta resistencia y miembros estructurales han sido formados usando técnicas de forjar en frío bien conocidas en la técnica. Existen desventajas al formar en frío partes y miembros estructurales . Puesto que el miembro se forma en o aproximadamente a la temperatura ambiente, la reconformación o las etapas de formación requieren básicamente fuerzas mas elevadas . Esto frecuentemente necesita una serie de pasos formadores en frío, en los cuales el material se forma en secuencia en la forma deseada. Esto aumenta el desgaste del dado y el ruido asociado con ese proceso. Además, a medida que el material es trabajado aumenta la resistencia mecánica del miembro o de la parte. Si se trabaja a un grado substancial, el aumento resultante en resistencia requiere destemple para bajar la resistencia, lo que aumenta el costo y el tiempo de ese proceso. Para evitar esas desventajas, puede utilizarse forjar en caliente para formar miembros estructurales y partes a partir de materiales a una temperatura intermedia que todavía es suficientemente alta para reducir la resistencia de material y por tanto facilitar el moldeo, sin embargo es inferior a la temperatura de forje en caliente, a la cual se presenta recristalización, escamas y decarburización. Ejemplo de patentes que presentan procesos para laminar o formar miembros para obtener configuraciones especificas y propiedades mecánicas deseadas incluyen las patentes estadounidenses No. : 5287715; 5203193; 5121622; 4982591; 4966026; 4685319 y 4378687, no se hace ninguna afirmación de que cualquiera de las referencias citadas representa la técnica anterior o que tales referencias son las referencias mas materiales. Estas patentes presentan procesos complicados y largos incluyendo pasos de formación y enfriamiento repetidos, en muchos casos para formar miembros estructurales que pueden ser o resultar costosos y requieren pasos largos para obtener miembros terminados con las propiedades técnicas necesarias . Tradicionalmente, los miembros estructurales de acero han sido formados al laminar en caliente una lupia usando múltiples tramos, como se describe en "The Making, Shaping and Treating of Steel, .T. Lankford et al páginas 901-903". Una temperatura de formación típica es 2250°F (1232°C) , y después de laminar el miembro se enfría de manera controlada y se termina. La O96/02676, describe un método para fabricar miembros estructurales de acero de alta resistencia usando material de acero con la siguiente composición en peso en %: C 0.3 a 0.65% Mn 0.3-2.5% Al/Nb/Ti/V 0.03 -0.35% balanceando el hierro. EL material es formado en frío por recalcado forja, extrusión o laminado. Las propiedades mecánicas iniciales de TS 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2 y YS 90, OOOlb/pul . (62lN/mm2) se mantienen cuando menos en el miembro estructural, hasta ahora por tanto a faltado un método para fabricar un miembro estructural de acero de alta resistencia mecánica, desde una hoja de acero que tenga una composición especifica y posea propiedades deseadas de alta resistencia, método que incluya un forjado en caliente o una etapa de laminado con lo cual la hoja sea formada en una forma deseada, y en donde las propiedades mecánicas del miembro estructural permanezcan las mismas o mayores que aquellas poseídas originalmente por la forma y en la cual el miembro pueda producirse sin pasos de procesamiento adicionales para aumentar la resistencia impartiendo propiedades de resistencia mecánica. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención provee un método para formar un miembro estructural de acero de alta resistencia que provea los pasos de proveer material de acero de alta resistencia de cuando menos 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2 y una resistencia de límite de fluencia de 90, OOOlb/pul . (621N/mm2) , en donde el material de acero de alta resistencia comprenda en %: carbón 0.30 a 0.65% manganeso 0.30 a 2.5% cuando menos uno del grupo consistente de: aluminio, niobio, titanio y vanadio y mezclas del mismo 0.03 a 0.35% hierro completa el balance y laminando el material de acero de alta resistencia para proveer un miembro estructural terminado que tenga una configuración de sección transversal uniforme deseada en cuando menos una porción de su longitud, siendo la configuración transversal uniforme diferente que una configuración del material incluyendo cuando menos una brida que tenga un grueso menor que una dimensión perimetrica general de la configuración transversal, la cuando menos una brida provee una capacidad de soporte de carga aumentada al miembro estructural, en donde las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia son básicamente las mismas o aun mayores que aquellas del material de acero de alta resistencia, caracterizado porque el laminado que se provee al miembro estructural es laminado en caliente. El método de la presente invención, es útil para producir una amplia variedad de miembros estructurales de acero de alta resistencia, desde hojas o formas de acero de alta resistencia. En particular esta invención se dirige a la formación de alta resistencia alargado que tiene una configuración uniforme de corte transversal sobre cuando menos una porción y frecuentemente toda su longitud. Por ejemplo, miembros estructurales que tengan formas de O, L, C, Z, T, I, , U, V, y otros miembros son susceptibles de formarse por el proceso de forjado o laminado en caliente que aquí se presenta. El miembro estructural de esta invención es un producto terminado que tiene cuando menos una brida incluida en su configuración de corte transversal . La brida es un miembro que tiene un grueso menor que una dimensión exterior total de la configuración transversal y posee capacidades incrementadas al miembro estructural. La presente invención se dirige a un método para fabricar miembros de estructurales de acero desde material de acero de alta resistencia que tenga una resistencia tensora de cuando menos 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2 y una resistencia de límite de fluencia de 90, OOOlb/pul. (621N/mm2) . La presente invención provee un método para fabricar miembros estructurales de acero de alta resistencia desde un material de acero de alta resistencia por un laminado o forjado en caliente del material de acero para obtener un miembro estructural que tenga una configuración geométrica deseada, en donde las propiedades mecánicas de resistencia tensora y límite de fluencia del miembro sean básicamente las mismas o aun mayores que las de material de acero. El miembro estructural formado se enfría o templar preferentemente con una tasa controlada sin cambiar su configuración por la distorsión del mismo, que de otra manera podría resultar del enfriamiento. La presente invención, también provee un método para fabricar miembros estructurales de acero de alta resistencia incluyendo material de acero de alta resistencia formado por forja en caliente, laminado de otra manera, con lo cual las propiedades mecánica de resistencia tensora y resistencia a la fluencia del miembro son básicamente las mismas como o mayores que el material usado para formar el miembro, y en donde con las propiedades mecánicas deseadas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia se produce sin otros pasos de procesamiento para aumentar la resistencia. Los principios de esta invención, objetivos y ventajas se entenderán mejor en referencia a la siguiente descripción detallada. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a la producción de un miembro estructural que está alargado con una configuración de corte transversal uniforme en cuando menos una porción de y típicamente una porción importante de su longitud y que incluye cuando menos una brida. La brida es un miembro que tiene un grueso menor que un perímetro total o dimensión de la configuración transversal (esto es el ancho altura y diámetro exterior del miembro estructural) , la brida distingue el miembro estructural de una forma en la que la brida provee una capacidad de soporte de carga incrementada al miembro. En otras palabras el miembro estructura tiene mas capacidad de soporte de carga con la brida que un miembro sin la brida que tenga la misma composición de material y propiedades que el miembro estructural . La carga puede axial como en una carga de un extremo, lateral como en una carga lateral o cualquier otro tipo de carga aplicada al miembro estructural. En contraste, el material de acero de alta resistencia, antes de laminado es típicamente un lingote resistentemente formado de metal fundido o enfriado, que puede estar en alguna otra configuración monolítica usada en procedimientos de colada continua o similares . La brida está formada integralmente ya sea continua o discontinuamente con respecto al resto de material estructural. Ejemplos de bridas discontinuas son las porciones superior e inferior de una viga en forma de I, con respecto a la porción central o de cualquier pata de la armadura en forma de L, con respecto a cualquier pata de la armadura. Un ejemplo de una brida continua, es cualquier cuerda o porción de la configuración transversal de un miembro estructural en forma de 0. Ejemplos de miembros estructurales que tienen cuando menos una brida son los miembros en forma de 0, L, C, Z, I, T, U, V, y W. En una modalidad preferida, el método de la presente invención para fabricar un miembro estructural de acero de alta resistencia incluye proveer material de acero de alta resistencia que tenga cuando menos aproximadamente 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2 y preferentemente de cuando menos 150,000 lb/pul.2 2(621N/mm2) y preferentemente de aproximadamente 130,000 lb/pul.2 (896N/mm2 (1034N/mm2) y una resistencia de límite de fluencia de 90,000 lb/pul.2 (621N/mm2) En una forma el material de acero de alta resistencia utilizado ha sido reducido en caliente y estirado en frío para proveer un lingote u hoja que tenga las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia afluencia señaladas anteriormente. EL material de alta resistencia usado para la formación del miembro estructural en un molde puede procesarse en forma fundida ablandada o endurecida y en toro molde puede ser un lingote u hoja que ha de laminarse en caliente de acuerdo con esta invención. El material de acero de alta resistencia puede ejemplificarse por la siguiente composición en tanto por ciento en peso carbón aproximadamente 0.30 a 0.65% manganeso aproximadamente 0.30 a 2.5% cuando menos un grano ferroso refinador desde el grupo consistente de aluminio, niobio, titanio y vanadio, mezclas de los mismos, en una cantidad efectiva de grano refinador de hasta aproximadamente 0.35% hierro a balancear En una forma mas preferida, el material de acero de alta resistencia tiene la siguiente composición en tanto por ciento: carbón aproximadamente 0.40 a 0.55% manganeso aproximadamente 0.30 a 2.5% cuando menos un grano ferroso refinador desde el grupo consistente de aluminio, niobio, titanio y vanadio, mezclas de los mismos, en una cantidad efectiva de grano refinador de hasta aproximadamente 0.20% hierro a balancear En una forma todavía mas preferida el material de acero de alta resistencia tiene la siguiente composición: carbón aproximadamente 0.50 a 0.55% manganeso aproximadamente 1.20 a 1.55% cuando menos un grano ferroso refinador desde el grupo consistente de aluminio, niobio, titanio y vanadio, mezclas de los mismos, en una cantidad efectiva de grano refinador de hasta aproximadamente 0.03 a 0.20% hierro a balancear En tanto que el aluminio, niobio (colombio) titanio y vanadio actúan como refinadores de grano, el vanadip es el mas preferido de los refinadores de grano, además debe entenderse que las composiciones presentadas y reivindicadas pueden incluir otros elementos, lo que no modifica la practica de esta invención. El material de alta resistencia de acero tiene una fuerza tensora de cuando menos 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2) y una resistencia a la fluencia de cuando menos aproximadamente 90,000 lb/pul.2 (621N/mm2) que se usa como la pieza de partida de la presente invención, se produce por cualquier método adecuado conocido en la técnica. El material de acero que tiene una composición y propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia como se ha indicado, es posteriormente laminado en caliente forjado o de otra manera moldeado a una temperatura arriba de la temperatura de recristalización, típicamente de cerca de 2000°F (1093°C) para obtener un miembro estructura que tenga una configuración geométrica deseada. La temperatura a la cual el miembro estructural es laminado se relaciona con la composición química del material de acero usado. Con la composición química descrita anteriormente, el miembro estructural laminado en caliente puede tener un contenido grande en martensita dependiendo de la tasa de enfriamiento. El miembro estructural laminado con las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia la fluencia puede producirse sin ningún otro paso de aumento a la resistencia que siguiera a la forja en caliente del mismo. Los beneficios de esta invención se consiguen una vez que el acero de la composición adecuada ha sido laminado a la temperatura adecuada. Entonces, el acero laminado en caliente puede dejarse enfriar, preferentemente a una tasa acelerada y controlada hasta la temperatura ambiente desde la temperatura de laminado. Alternativamente, el acero laminado puede sumergirse en aceite o agua y luego templarse si es que tiene un contenido importante de martensita para reducir la fragilidad en el miembro estructural resultante. El siguiente ejemplo ilustra la practica de la presente invención para producir un miembro estructural de material de acero de alta resistencia de acuerdo con el método descrito anteriormente . EJEMPLO Una pieza de acero de alta resistencia AISI 1552 tiene la siguiente composición en peso: carbón 0.52% manganeso 1.43% fósforo 0.009% azufre 0.017% silicio 0.22% vanadio 0.075% cromo 0.05% molibdeno 0.01% hierro completa el balance El material fue probado para tener una resistencia tensora de 130,100 lb/pul.2 (897 N/mm2) y una resistencia a la fluencia de 95,120 lb/pul2 (656 N/mm2). El material fue luego laminado en caliente a una temperatura de aproximadamente 2000°F (1093°C) bajo 289 km en un miembro estructural viga en forma de I, con una sección central con un grueso (0.450cm) y bridas superior e inferior cada una con un grueso ahusado que va de 0.58cm a 0.51cm. La altura total de la viga en forma de I, fue 6.71cm y el ancho total con el mismo ancho en cada brida específicamente 4.64cm. Un filete de radio 0.318cm unía cada cara de la sección central a cada brida. La viga en forma de I, fue probada teniendo una resistencia tensora de aproximadamente 133,000 lb/pul.2 (917N/mm2) y una resistencia a la fluencia de cerca de 89,000 lb/pul.2 (614 N/mm2). Las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia del miembro estructural terminado de viga en forma de I, son básicamente las mismas o mayores que las originales poseídas por el material, y por lo tanto no se requieren procesos para aumentar la resistencia. El miembro terminado también tiene suficiente de la propiedad mecánica deseada de ductilidad originalmente poseída por la barra o lingote de material, de modo que la necesidad de otras etapas de procesamiento para mejorar la tenacidad por lo general pueden eliminarse. En comparación a los métodos anteriores usados con un proceso de tratamiento en caliente (austenitización, endurecimiento por inmersión y templado) especialmente cuando el tratamiento en caliente fue usado después de moldear en frío para producir las propiedades mecánicas deseadas de alta resistencia del miembro, los miembros estructurales terminados hechos de acuerdo a la presente invención, tiene mas posibilidad de poseer las propiedades mecánicas que caen dentro de un rango mas estrecho. Asi la presente invención, produce mas consistentemente miembros estructurales de acero de alta resistencia dentro de un margen mas limitado debido primeramente a la composición del material de acero.

Claims (10)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como novedad lo contenido en las siguientes: R E I V I ND I CAC I ONE S 1. - Un método para fabricar un miembro estructural de acero de alta resistencia mecánica que comprende los pasos de proveer un material de acero de alta resistencia de cuando menos 120,000 lb/pul.2 (827N/mm2 y una resistencia de límite de fluencia de 90, OOOlb/pul . (621N/mm2) , en donde el material de acero de alta resistencia comprende en %: carbón 0.30 a 0.65% manganeso 0.30 a 2.5% cuando menos uno del grupo consistente de: aluminio, niobio, titanio y vanadio y mezclas del mismo 0.03 a 0.35% hierro completa el balance y laminando el material de acero de alta resistencia para proveer un miembro estructural terminado que tenga una configuración de sección transversal uniforme deseada en cuando menos una porción de su longitud, siendo la configuración transversal uniforme diferente que una configuración del material incluyendo cuando menos una brida que tenga un grueso menor que una dimensión perimetrica general de la configuración transversal, la cuando menos una brida provee una capacidad de soporte de carga aumentada al miembro estructural, caracterizado porque las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia son básicamente las mismas o aun mayores que aquellas del material de acero de alta resistencia, caracterizado porque el laminado que se provee al miembro estructural es laminado en caliente.
2. 2. - Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque las propiedades mecánicas de resistencia tensora y resistencia a la fluencia del miembro estructural se producen con otros pasos de procesamiento para aumentar la resistencia del miembro estructural .
3. 3. - Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además enfriar el miembro estructural a una tasa de enfriamiento acelerada y controlada.
4. 4. - Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el material de acero de alta resistencia comprende en tanto por ciento de peso: carbón 0.40 a 0.55% manganeso 0.30 a 2.50% aluminio, niobio, titanio y vanadio y mezclas de los mismos 0.03 a 0.20% hierro completar el balance
5. 5. - Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior caracterizado porque el material de acero de alta resistencia comprende en tanto por ciento de peso: carbón 0.50 a 0.55% manganeso 1.20 a 1.65% aluminio, niobio, titanio y vanadio y mezclas de los mismos 0.23 a 0.20% hierro completar el balance
6. 6. - Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el laminado en caliente se realiza a una temperatura arriba de 2000°F (1093°C) .
7. 7. - Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la configuración en corte transversal uniforme se selecciona del grupo consistente de formas de 0, L, C, Z, I, T, U, V, y W.
8. 8. - Un método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el material de acero incluye por lo menos vanadio de ese grupo.
9. 9. - Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el material de acero de alta resistencia tiene cuando menos parcialmente una micro estructura de martensita.
10. 10. - Un método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el miembro estructural se produce sin otros pasos de procesamiento después de laminado en caliente.