COMPOSICION DE ACERO Y PARTES FORJADAS POR UN MOLDE DE FORJADO
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a una nueva composición de acero, partes formadas en molde producidas de la misma, un método para producir las partes formadas con molde y su uso como partes de chasis para carros de pasajeros y vehículos comerciales. Los componentes de chasis forjado para vehículos de motor son partes revelantes para seguridad para los cuales, aparte es requerido un alto grado de resistencia, un alto grado de rigidez (caracterizado, por ejemplo, por los valores característicos de elongación en fractura, contracción en fractura, resistencia al impacto de muesca) . Por lo tanto, hasta los ochentas, estos componentes fueron sometidos, casi sin excepción, a un tratamiento de calor final caro y/o laborioso (detenimiento y atemperado) después del formado caliente. Después, en los ochentas, se desarrollaron los "aceros ferríticos-períticos de dureza de precipitación" ( "Ausscheidungshártende Ferritisch-Perlitische Stáhle" , AFP-Stáhle) , para los cuales se alcanzan los valores de resistencia característicos sin tratamiento de calor final por precipitación de carbonitruros en la matriz de acero ferrítico-perlítico . Ahora, es la regla el uso de estos
ef.: 162929 aceros para componentes de acero forjado para partes de chasis para carros de pasajeros. En el procesamiento de estos aceros es importante ajustar el control de temperatura de tal forma que la conversión de los aceros y la precipitación de los carbonitruros son óptimamente acoplados entre si. En vehículos comerciales, las partes de chasis relevantes a seguridad tales como los miembros de eje son, hasta la fecha, casi exclusivamente producidos a partir de de aceros detenidos y atemperados, es decir, con el tratamiento de calor final caro y/o laborioso. Las siguientes razones pueden ser mencionadas para esto: Una tensión superior en las partes de vehículos comerciales y por lo tanto una resistencia especificada superior con, simultáneamente, una rigidez requerida superior del material. En particular, el cumplimiento de especificaciones con frecuencia es requerido, lo cual puede incluir valores de resistencia al impacto de muesca que son garantizados. Esto no es posible con los aceros ferríticos-perlíticos de dureza de precipitación de resistencia correspondientes que están en el mercado hoy en día. Debido a su masa significativamente superior, partes de vehículos comerciales se enfrian desde la temperatura de formado caliente distinta y diferencialmente a partir de partes de carro de pasajeros. Como el control de temperatura tiene influencia crucial en los valoes característicos mecánicos logrables (ver anteriormente) , incluso los valores característicos mecánicos inferiores que son usuales para partes de carro de pasajeros pueden en su mayoría no ser logrados por partes de vehículos comerciales con los aceros ferríticos -perlíticos de dureza de precipitación disponibles hoy en día. Una dirección de desarrollo en materiales en el sector vehículo comercial perseguida en los pasados años tiene la meta de lograr condiciones estructurales bainíticas por medio de detención directa y atemperado de aceros de bajo carbono a partir de calor de deformación sin atemperado subsecuente, y de esta forma economizar la detención y atemperados finales caros (ver DE-PS 36 28 264 Al, DE-PS 41 24 704 Al, US-PS 5,660,648) . En esta tecnología, sin embargo, la relación elástica baja, la resistencia al flujo relativamente bajo y la no homogenidad de propiedades así como también una tendencia incrementada a llegar a ser distorsionado, son problemáticos. Esto no ha sido establecido por sí mismo en el área de partes de chasis relevantes a seguridad para vehículos comerciales. En el área de ceros "AFP" de dureza de precipitación con estructura ferrí ica-perlítica, se realiza trabajo de desarrollo considerable con la meta de mejorar la rigidez, con el fin de permitir emplear este grupo de aceros también el área de chasis de vehículos comerciales (ver Hertogs, J.A., Ravenhorst, H; Richter, K.E; Wolff, J.: Neuere Anwendungen der ausscheidungshártenden f erritisch-perl it ischen Stáhle für geschmiedete Bauteile im Motor und Fahrwerk . La conferencia "Stahl im automobilbau" , Wiirzburg, 24-26 Septiembre de 1990; y Huchtemann, B . ; V. ; Entwicklungsstand der ausscheidungshártenden ferritisch-perlitischen (AFP- ) Stáhle mit Vanadium. Stahl 2/1992 , pág. 36-41) . Mejoras ligeras son por lo mismo logradas, por ej emplo por disminuir la temperatura de formado. Sin embargo, ya que el comportamiento de llenado de molde es claramente inferior en temeperaturas de formado disminuidas y adicionalmente se incrementa drásticamente el desgaste de herramientas, esta variante no es adecuada para uso operacional . Una variante adicional se enfoca en adit ivos de aleación de titanio para ref inamiento de grano y por lo mismo para mej orar la rigidez . El problema en la presente es que se logra el ref inamiento de grano por nitruros de titanio . El nitrógeno requerido para un incremento en la rigidez está por lo mismo en forma enlazada y de esta forma no disponible . La consecuencia es una rigidez muy inferior en comparación con los aceros detenidos y atemperados . El problema subyacente de la invención es por lo tanto proporcionar una composición de acero para aceros f errít icos -perl ít icos de dureza de precipitación para la producción de partes formadas con molde , las cuales , sin tratamiento de calor adicional , exhiben un alto grado de resistencia y simultáneamente un alto grado de rigidez en estas partes de construcción, de tal forrra que pueden ser usadas corro partes de chasis también para vehículos comerciales. El problema es solucionado por una composición de acero la cual comprende los siguientes componentes en % en peso: C: 0. 12-0.45 Si : 0. 10-1.00 Mn: 0. 50-1.95 S : 0. 005-0.060 Al: 0. G04-0.050 Ti : 0. 004-0.050 Cr : 0- 0.60 Ni : 0- 0.60 Co: 0- 0.60 : 0- 0.60 B: 0- 0.01 Mo : 0- 0.60 Cu: 0- 0.60 Nb: 0- 0.050 V: 0. 10-0.40 N: 0. 015-0.040 Resto: Fe e impurezas no evitables Con la condición de que: 1) % en peso de V x % en peso de N=0.0021 a 0.0120 2) 1.6% en peso de S + 1.5 x % en peso de Al + 2.4 x % en peso de Nb + 1.2 x % en peso de Ti= 0.035 a 0.140 3) 1.2 x % en peso de Mn + 1.4 x % en peso de Cr + 1.0 x % en peso de Ni + 1.1 x % en peso de Cu + 1.8 x % en peso de Mo= 1.00 a 3.50 Un punto central de la invención es que la mejora necesaria en rigidez se logra por una reducción en el contenido de carbono del acero en comparación con las concentraciones usuales de hoy en día en un nivel dado de resistencia. La pérdida en resistencia que se dice que es esperada debido a esta medición de acuerdo a la técnica anterior es, de acuerdo a la invención, no solo completamente eleiminada sino incluso sobrecompensada para la combinación particular de los componentes restantes. Factores esenciales que son responsables para la alta resistencia a pesar de disminuir el contenido de carbono son en particular: - un contenido de vanadio de 0.10% en peso a 0.40% en peso y un contenido de nitrógeno de 0.015% en peso a 0.040% en peso, en donde la siguiente condición es para ser totalmente llenada de acuerdo a la invención: % en peso de V x % en peso de N=0.0021 a 0.0120; preferentemente % en peso de V x % en peso de N=0.0028 a 0.0060 - Una relación equilibrada de los elementos de microaleación Ti, Al y Nb con el azufre, en donde la siguiente condición es totalmente llenada de acuerdo a la invención: 1.6 x % en peso + 1.5 x % en peso de Al + 2.4 x % en peso de Nb + 1.2 x % en peso de Ti= 0.035 a 0.140; preferentemente 1.6 x % en peso de S + 1.5 x % en peso de Al + 2.4 x % en peso de Nb + 1.2 x % en peso de Ti = 0.040 a 0.080. - Una relación equilibrada de elementos de aleación que incrementan la resistencia de cristales mixtos, en donde la siguiente condición es totalmente llenada de acuerdo a la invención: 1.2 x % en peso de Mn + 1.4 x % en peso de Cr + 1.0 x % en peso de Ni + 1.1 x % en peso de Cu + 1.8 x % en peso de Mo=1.00 a 3.50; preferentemente 1.2 x % en peso de Mn + 1.4 x % en peso de Cr + 1.0 x % en peso de Ni + 1.1 x % en peso de Cu + 1.8 x % en peso de o =1.65 a 2.80 La composición de acero mencionada anteriormente es adecuada excelentemente a la producción de partes formadas en molde que pueden ser usadas como partes de chasis tales como miembros de ejes para carros de pasajeros o vehículos comerciales. Las partes formadas con molde de acuerdo a la invención son producidas por un método el cual comprende las siguientes etapas: (a) calentar el material entrante hecho de una composición de acero como se define anteriormente a una temperatura de 1,000 a 1,300°C; (b) formar el material entrante de la etapa (a) por f or j ado ;
(c) enfriar la parte formada en molde obtenida en la etapa (b) a temperatura ambiente, en donde la relación de enfriamiento es por lo menos 0.2°C/s en el intervalo de temperatura descendente a 580°C. El método de producción de acuerdo a la invención es descrito con mayor detalle con respecto a las etapas de producción individuales en lo siguiente. Primero, en una etapa (a) , un material entrante producido a partir de una composición de acero de acuerdo a la invención, en una geometría comercialmente disponible, por ejemplo acero largo, es calentado a 1,000 a 1,300°C. El material es mantenido en este intervalo de temperatura por lo menos hasta que ha sido formada una estructura austenítica homogénea. Usualmente la duración es 5 a 10 minutos. Cuando la parte formada en molde es para ser usada como una parte de chasis para vehículos comerciales es preferido que el material entrante tenga una masa de más de 15 kg. Para partes formadas en molde que son para ser usadas como partes de chasis en carros de pasajeros se utiliza usualmente un material entrante de una masa entre 5 y 14 kg. En la etapa (b) el material entrante, en un proceso de formado usual, es formado por forjado en la conformación deseada en una o más etapas de formado. Preferentemente, el proceso de formado en la etapa (b) toma lugar inmediatamente después de calentar el material entrante en la etapa (a) , de tal forma que el material entrante tiene una temperatura en el intervalo de 950 y 1,250°C durante su formado. En la etapa (c) la parte formada con molde obtenida en la etapa (b) es enfriada a temperatura ambiente. En la presente la relación de enfriamiento es por lo menos 0.2 °C/segundo hasta una temperatura de 580°C. Por medio de la relación de enfriamiento, las propiedades mecánicas de la parte formada con molde pueden ser ajustadas en una forma definida de acuerdo a los requerimientos. La relación de enfriamiento durante el enfriamiento de las partes formadas con molde hechas del acero de acuerdo a la invención a 580°C es preferentemente elegida en el intervalo de 0.2 a 6°C/segundo. Más preferible es una relación de enfriamiento en el intervalo de 0.2 a 0.6°C/segundo. Esto corresponde al enfriamiento de partes vehiculares comerciales pesadas al dejarlas al aire. Esto tiene la ventaja de que las partes formadas con molde para un vehículo comercial de la etapa (b) pueden ser enfriadas simplemente por dejar en aire. Con respecto a lograr valores de resistencia y rigidez especialmente altos como son requeridos para los chasis para vehículos comerciales, es especialmente preferida una relación de enfriamiento a 580°C de 0.7°C/segundo a 6°C/segndo. El fijamiento de una relación de enfriamiento en este intervalo para partes de vehículos comerciales con una masa de más de 15 kg es logrado, por ejemplo, por medio de una resistencia de enfriamiento de agua que es flexible con respecto al número de boquillas de agua activas y su orientación así como también con respecto a la presión y relación de flujo. Para las partes de carro de pasajeros más ligeras hechas del acero de acuerdo a la presente invención, aplican las mismas condiciones entre la relación y propiedades de enfriamiento . Debido a la masa inferior de partes de carro de pasajeros, el enfriamiento acelerado es, en contraste con las partes de vehículo comerciales , solamente requerido por fij ar la relación de enfriamiento cuando la relación de enfriamiento es para estar en la mitad superior del intervalo dado . Las relaciones de enf riamiento de aproximadamente 0 . 7 a aproximadamente 2 . 0 ° C/segundo ocurren automát icamente con simple enfriamiento dej ándolo al aire . La relación de enf riamiento abaj o de 580 ° C puede ser elegida arbitrariamente y no t iene inf luencia con respecto a la resistencia y rigidez de la parte formada en molde obtenida . La parte formada en molde producida de acuerdo a la presente invención exhibe las siguientes propiedades mecánicas después de enf riar a partir del calor de formado : Prueba de tracción de acuerdo a DIN EN 10002 en temperatura ambiente : resi stencia de rendimiento de compensación : Rp0 . 2 > 540 Pa, preferentemente 540-850 MPa resistencia a la tracción: m > 700 MPa, preferentemente 700- 1,100 MPa alargamiento en fractura: A5 > 10%, preferentemente 10-16% de contracción en fractura: Z _ 205, preferentemente 20-50% - Prueba de impacto en muestras ISO-U de acuerdo a DIN EN 50115: trabajo de impacto de barra de muesca: Av(RT) > 30 J, preferentemente 30-70 J trabajo de impacto de barra muescada: Av (-20°C) > 10 J, preferentemente 10-25 J Una parte formada por molde producida de acuerdo al método particularmente preferido puede, dependiendo de la relación de enfriamiento elegida, exhibir los siguientes valores característicos mecánicos: Rm= 800-900 MPa A5= 14-16% Z= 35-50% Av (RT) = 30-40 J AV (-20°C)= 10-20 J Similarmente , de acuerdo al método particularmente preferido, las partes formadas con molde con las siguientes propiedades pueden ser producidas: Rm= 1, 050-1,100 MPa A5= 10-12% Z= 20-30% Las propiedades mencionadas anteriormente hacen claro que las partes formadas con molde de acuerdo a la presente invención exhiben un alto grado de resistencia y simultáneamente un alto grado de rigidez después de enfriar a partir del calor formado, en comparación con la técnica anterior. Por lo tanto, las partes formadas con molde de acuerdo a la presente invención pueden ser usadas como componentes de chasis relevantes en seguridad tales como miembros de eje para carros de pasajeros e incluso para vehículos comerciales. La invención se explica con mayor detalle por medio de los siguientes ejemplos. Ejemplo 1 Uso de un acero con la siguiente composición química : C: 0 .14% en peso Si : 0 , .40 % en peso Mn: 1. .00 % en peso S : 0. .020 % en peso Al: 0 , .035 % en peso Ti : 0. .015 % en peso Nb: 0. .005 % en peso Cr : 0. ,45 % en peso Ni : O .10 % en peso Cu : 0.15 % en peso Mo : 0.10 % en peso V: 0.25 % en peso N: 0.030 % en peso Se hace un calentamiento inductivo del acero de barra con una sección cruzada de 140 mm2 a 1,250°C y mantener el acero en esta temperatura por 10 minutos. Forjar el material de barra cuadrado para un miembro de eje de 30 kg de masa en una operación de pre-fijamiento, dos operaciones de formado de terminado y una operación de acondicionamiento. La temperatura del miembro de eje en el final del proceso de formado es 1,100°C. El enfriamiento del miembro de eje a partir de 1,100°C a 580°C en una resistencia de enfriamiento en una relación de enfriamiento de 3.9 °C/segundo . El miembro de eje exhibe las siguientes propiedades mecánicas las cuales se determinan de acuerdo a DIN EN 10002 en temperatura ambiente y DIN EN 50115: Rm= 750 MPa A5= 16% Z= 55% Av (temperatura ambiente) = 50 J Av (-20° C) = 20 J Ejemplo 2 Uso de un acero con la siguiente conposición química:
C: 0. 37% en peso Si : 0. 40 % en peso Mn: 0. 90 % en peso S: 0. 035 % en peso Al: 0. 015 % en peso Ti : 0. 035 % en peso Nb: 0. 010 % en peso Cr: 0. 10 % en peso Ni : 0. 50 % en peso Cu: 0. 20 % en peso Mo: 0. 10 % en peso V: 0. 28 % en peso N: 0. 032 % en peso
Se hace un calentamiento inductivo del acero de barra con una sección cruzada de 140 mm2 a 1, 250°C y mantener el acero en esta temperatura por 10 minutos. Forjar el material de barra cuadrado para un miembro de eje de 38 kg de masa en una operación de pre-fijamiento, dos operaciones de formado de terminado y una operación de acondicionamiento. La temperatura del miembro de eje en el final del proceso de formado es 1,150°C. El enfriamiento del miembro de eje a partir de
1,105°C a 580°C se hace dejando al aire en una relación de enfriamiento de 0.5 °C/segundo . El miembro de eje exhibe las siguientes propiedades mecánicas las cuales se determinan de acuerdo a temperatura ambiente para DIN EN 10002: Rm= 1000 MPa A5= 12% Z= 30% Ejemplo 3 Uso de un acero de acuerdo al ejemplo 2. Calentar y formar el miembro de eje que pesa 38 kg de acuerdo al ejemplo 2. Enfriar el miembro de eje de 1,150°C a 580°C en una resistencia de enfriamiento en una relación de enfriamiento de 1.8 °C/ segundo . El miembro de eje exhibe las siguientes propiedades mecánicas, las cuales se determinan en temperatura ambiente de acuerdo a DIN EN 10002: Rpo.a = 820 MPa Rm= 750 MPa A5= 16% Z= 55% Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención