PT98792B

PT98792B - Processo de elaboracao de produtos com uma carga de ruptura de valor muito elevado a partir dum aco austenitico instavel e produtos obtidos atraves desse processo

Info

Publication number: PT98792B
Application number: PT98792A
Authority: PT
Inventors: Jean-Michel Hauser
Original assignee: Ugine Savoie Sa
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1999-01-29
Also published as: FR2666352A1; DE69115392T2; GR3019185T3; ES2083543T3; CA2050208A1; EP0474530A1; JPH0681033A; PT98792A; TW226033B; CA2050208C; DE69115392D1; EP0474530B1; ATE131539T1; FR2666352B1

Description

O presente invento diz respeito a um processo de elaboração de produtos com uma carga de ruptura de valor muito elevado a partir dum aço austenítico instável., e aos produtos obtidos através desse processo» De acordo com este processo, o aço é submetido a uma primeira deformação plástica a uma temperatura superior à temperatura limite ÍMd) de formação da martensite por efeito da deformação e inferior â temperatura de recristalieação, sendo depois este aço submetido a uma segunda deformação a uma temperatura inferior â referida temperatura limite (Md), Durante a realização da segunda deformação, o aço é deformado dentro duma determinada gama de temperaturas de formação da martensite de maneira a que, para uma deformação racional suplementar de D.l, o aumento da taxa de martensite não ultrapasse, em momento algum, o valor de 2©%«

presente invento diz respeito a um processo de elaboração de produtos com uma carga de ruptura de valor muito elevado, a partir dum aço austenítico instável, e aos produtos obtidos através desse processo, designadamente sob a forma de fio ou de banda» Este processo é do tipo daqueles sis que o aço é submetido a uma primeira deformação plástica a uma temperatura superior á temperatura limite (Md) de formação da martens-ite por efeito da deformação e inferior á temperatura de recristalização, sendo depois o referida aço submetido a uma segunda deformação a uma temperatura inferior à referida temperatura limite <Iid)»

Geralmente, o aço laminado a quente é, antes de ser submetido è primeira deformação, submetido a um tratamento térmico de recozimento, normalizado, designado por hipertêmpera, que consiste em colocar o referido aço sob uma temperatura de valor compreendido entre os 1.000 e os 1.Í0©^C’C durante um período de cerca de 3© minutos.

Este processo é um processo já conhecido» Foi feito um grande número de estudos acerca do comportamento que os' materiais contendo austenite instável que são previamente recozitíos a uma temperatura superior ã referida temperatura limite <Md), que pode variar em função da composição do aço austenítico entre os -150°C e os +250°C, apresentam quando são submetidos a esforços de tracção abaixo da temperatura limite (Md) de formação da martensite por efeito da deformação, tanto à temperatura ambiente como abaixo da temperatura ambiente.

Pode-se fazer referência á patente US nS 4.415.377 onde se acham descritos um processo e um dispositivo próprios para laminar aços contendo austenite instável e em particular um aço inoxidável, processo este que é caracterizado por o aço ser submetidos

- s. uma primeira operação de laminagem a uma temperatura acima da temperatura limite (Md) e depois.

- a uma segunda operação abaixo da temperatura limite Cíid) , de laminagem a uma temperatura

Estas duas operações de maneira mais fácil produtos com dizer, permitem reduzir o número comparação com o número daquelas caso dos referidos produtos serem a frio, isto sem que os produtos laminagem permitem obter duma determinadas dimensões, quer da passagens de laminagem em que é necessário realizar no obtidos por meio duma laminagem percam as suas características mecânicas que se vão manter análogas às dos produtos que são obtidos por laminagem a frio, processo descrito na patente anteriormente referida não permite a obtenção de produtos com características mecânicas particulares em comparação com uma laminagem a frio»

O objectivo do invento consiste em controlar a formação de martensite de maneira a ser possível obter produtos dotados de particularmente boas características mecânicas quando são submetidos a esforços de tracção.

Com efeito, numa primeira etapa, o aço vai ser submetido a uma primeira deformação plástica a uma temperatura, superior à temperatura limite CMd) de formação da martensite por efeito da deformação e Inferior á temperatura de recristalização, A fim de se obter aços que sejam dotados de particularmente boas caracte— rísticas mecânicas quando submetidos a esforços de tracção, assegura-se que após deformação plástica a carga de ruptura do aço seja superior a 1,00® MPa, de preferância superior a

Numa segunda etapa, este aço vai ser submetido a uma deformação a limite CMd), formação da à referida temperatura gama de temperaturas de que, para uma deformação uma temperatura inferior dentro duma determinada martensite de maneira a racional suplementar de ©,1, o aumento da taxa de martensite não ultrapasse, em momento algum, o valor de 2©“» = aço deverá ser de preferência deformada a uma temperatura inferior à referida temperatura limite CMd) com uma deformação racional acumulada de valor compreendido entre ©,7 e 3, o que corresponde a uma taxa de redução de secção de valor compreendido entre os 5© e os 952.

e necessário que apresente um valor mínimo de a deformação racional acumulada 0,7 para se atingir ou ultrapassar .ligeiramente as cargas de ruptura previstas nos processos de trefilagem característicos da técnica anterior.

Por outro lado, o valor da deformação racional acumulada não pode ser superior a 3, valor este que corresponde a um limite máximo admissível de fragilidade do aço deformado.

Após a segunda deformação.

o aço deverá ser de preferên cia submetido a um tratamento de envelhecimento»

Uma deformação racional de valor superior a 1,65, correspondente a uma taxa de redução de secção de valor superior a 802, vai introduzir no seio do aço defeitos cristalográficos sob a forma de deslocações em quantidade de suficiente para favorecer a acomodação, quer dizer, o desenvolvimento, de plaquetas de martensite, sob o efeito da deformação a frio» ft taxa de redução pode ter um valor largamente superior ao desta taxa mín ima » □ invento diz igualmente respeito a um produto com uma carga de ruptura de valor muito elevado, obtido a partir dum aço austenítico instável, designadamente sob a forma da fio ou ds banda. As características do produto são as seguintess

Λ >

o aço austenítico è um aço que compreende na sua composição:

entre	0,01	e	^5 2. vJ Xt	de	carbono
entre	13	e	22 X	de	crómio
entre	5	B	13 %	de	níquel
entre	0,2		2,5 X	de	manganês
entre	0,2	e	-y »/ O A	de	silício
entre	0,01	e	0,15Χ	de	azoto.
sendo	a res	tante parte constituída por ferro5

~ o aço compreende também na sua composição entre 0,0 e de alumínios ·· o aço compreende também na sua composição menos ds 2X de molibdénio?

- o aço austenítico é um aço que compreende na sua composiçãos

entre	0,2	e	i	/1»	de	carbono
entre	15	e	30	y /a	de	manganês
entre	0,01	e	0 3 77«	de	azoto.

sendo a restante parte constituída por ferro3 ό

- o aço compreende também de 77, de alumínio?

menos de 5X de crómio e menos “ a carga da ruptura, antes do envelhecimento, é superior a 2«30© MPa;

- o aço austenítico é um aço gue compreende na sua composiçãos

entre	©, 1	e	0,6% de
entre	ó	e	25 % de
entre	0	e	13 X de
entre	0	e	4 7. de
entre	0	e	3 7. de

sendo a restante parte carbono níquel crómio, molibdénio silício, constituída por ferro;

- a carga de ruptura, após o envelhecimento, é superior a 2.5©©-MPa.

A descrição que irá ser feita a seguir, assim como os desenhos anexos, tanto uma como os outros apresentados a título de exemplo não limitativo, ajudarão a compreender melhor o invento.

Nos desenhoss ~ as curvas IA a 3A representam em duas operações de laminagem a morno e depois a frio para tr@s aços tomados como exemplo, a taxa de martsnsite obtida em função de diferentes deformações racionais acumuladas ;

- as curvas 1B a 3B representam as características de resistência mecânica aos esforços de tracção para os três aços tomados como exemplo, em função da deformação racional acumulada, nas diferentes condições de tratamento»

Os produtos com uma carga de ruptura de valor muito elevado gue são produtos de acordo com o invento, e que se apresentam designadamente sob a forma de fio ou de banda, são obtidos por um efeito de plasticidade induzida por deformação» \ I Os aços encruados a uma temperatura superior à temperatura limite íKd) de formação da martensite por efeito da deformação, também designados por aços encruados “a morno, não apresentam propriedades especiais no que diz respeito à sua utilização»

Quando os aços são submetidos a um encruamento a morno e depois a um encruamento a frio, ε possível observar-se, em certas condições, uma plasticidade particularmente elevada, que permite uma transformação mecânica a frio por meio de passagens sucessivas, por exemplo com taxas de redução de 25X e a obtenção de cargas de ruptura com valores de nível superior a 2.30® KPa, aa mesmo tempo que a produto conserva uma dúctilidade aceitável duma passagem para a outra, efeito de plasticidade a frio após um encruamento a morno é tanto mais importante quanto mais elevada for a carga de ruptura do aço encruado a morno.

envelhecimento dos aços que são submetidos a uma operação de encruamento a morno, seguida duma operação de encruamento a frio de acordo com o processo característico do invento, pode fazer aumentar a carga de ruptura dum valor de cerca de

20® MPa s par vezes mais, em função da qualidade de aço que for utilizado»

As condições de obtenção de elevados valores de carga de ruptura encontram-se associadas, por um lado, às características mecânicas que são obtidas por ocasião da operação de encruamento a morno, devendo o aço ter uma carga de ruptura pela menos de valor superior a 1.000 MPa e, por outro lado, às condições em que é levada a cabo a operação de encruamento a frio, de acordo com as quais a operação de encruamento do aço é realizada dentro duma determinada gama de temperaturas, designada por gama crítica de temperaturas de formação da martensite, de maneira a que, para uma deformação racional suplementar de 0,1, o aumento da taxa de fliartensite não ultrapasse, em momento algum, o valor ds

Por deformação racional entende-se o logaritmo da relação entre a área S da secção após deformação e a área da secção inicial (In SZS_ft)«

Chama-se a atenção para o facto de que em função da qualidade do aço ou da liga austenítica instável considerada, a velocidade de formação da martensite, ligada à gama crítica de temperaturas ds formação da martensite e à deformação racional acumulada de valor compreendido entre 0,7 e 3, deve ser controlada com vista à obtenção de valores elevados para as características mecânicas, ou seja, por outras palavras, é necessário que a martensite não se forme duma maneira muito rápida por ocasião da realização da operação de encruamento a frio.

A determinada gama de temperaturas de formação da martensite que foi anteriormente referida ê, na caso dos aços tomados como exemplo, definida pelo intervalo compreendido entre as valores de -20*C e de +180°C. Com efeito, acima dos +Í80*C já

não se farma martensite em quantidades apreciáveis, enquanto que abaixo dos —20°C a formação de martensite ê excessiva.

Foram realizados ensaios de trefilagem que nos permitiram pôr em evidência o efeito surpreendente da plasticidade induzida nos aços austeníticos instáveis tratados de acordo com o processo caracteristica do invento.

Em seguida vão ser descritos três exemplos de realização que pSem em evidência as qualidades do inventos fio de base que é utilizado nestes três exemplos é um fio-máquina com cerca de 5,6 mm de diâmetro? o fio é encruado a morno a uma temperatura de 250°C e em várias passagens até que o seu diâmetro atinja o valor de cerca de 2 mm, sendo em seguida o fio trefilado a frio à temperatura ambiente de 20°C a fim de se obter um fio com cerca de 0,5 mm de diâmetro, sendo os valores das taxas de redução da secção por cada uma das passagens de trefilagem de cerca de 25%. Após cada passagem de trefilagem a temperatura do fio regressa ao valor da temperatura ambiente antes de se realizar outra passagem. 0 número de passagens a morno é de cerca de 2©, sendo de cerca de 10 o número de passagens a frio.

Exemplo 1s

O aço utilizado para a realização do processo è um aço designado por aço de referência n.QÍ, que apresenta a seguinte composição ponderais 0,08% de carbono, 18,67« de crómio? 8,5% de níquel? 0,3% de manganês? 0,5% de silício? 0,04% de azoto.

Durante a realização da operação de encruamento a morno não se verifica formação de martensite e o valor da carga de

da carga. de ruptura. do fio de aço ê de cerca de 2.500 MPa.

Um tratamento de envelhecimento realizado à temperatura de 400*C durante uma hora, vai então conferir ao aço uma carga de ruptura com um valor de cerca de 2=700 MPa»

A curva IA representa, para o aço designado pelo número de referência Cl), a evolução da taxa de martensite em função do valor da deformação racional, indo esta taxa de martensite atingir um valor de cerca de 607 após trefilagem a frio»

A curva i‘S representa a evolução da carga de ruptura par ocasião da realização da operação de encruamento a morno até atingir o valor de 1.400 MPa e depois a evolução da carga de ruptura por ocasião da realização da operação de trefilagem a frio em gue é então atingido o valor de 2„500 MPa? a realização dum tratamento de envelhecimento permite obter-se uma carga de ruptura com um valor de cerca de 2.700 MPa.

aumento do valor da carga de ruptura é obtido através do controlo do aumento da formação de martensite entre uma e outra passagem de trefilagem»

Exemplo 2s aço utilizado é um aço designado por aço de referência nS2, gue apresenta a seguinte composição ponderais 0,097» de carbono, 17,37» de crómio? «,37 de níquel, Θ,97 de manganês, 0,87 de silícios 0,067 de azoto,

A curva 2A ilustra, para o aço designado pelo número de referência (2), a evolução da taxa de martensite em função do

valor da por esta deformação racional acumulada, sendo o valor atingido taxa de martensite de cerca de 45%»

A curva 2B representa, a. evolução da. carga de ruptura por ocasião da realização da operação de encruamento a morno, até atingir o valor de 1,60® MPa, e depois a evolução da referida carga de ruptura por ocasião da realização da operação de trefilagem a frio em que é então atingido o valor de cerca de 2,,500 MPa»

Um tratamento de envelhecimento realizado è temperatura de 400°C durante uma hora vai então fazer melhorar o valor da carga de ruptura em cerca de 200 MPa.

Exemplo 3s aço utilizado é um aço designado por aço de referência n23^K, que apresenta a seguinte composição ponderais 0,09% de carbono; 17,3% de crómio; 7,7% de níquel; 0,5% de manganês; €*,S% de silício; 0,15% de azoto; í% de alumínio»

A curva 3A representa, para o aço designado pelo número de referência (3), a evolução da taxa de martensite em função do valor da deformação racional, podendo a taxa de martensite atingir o valor de 95%«

A curva 3B representa a evolução da carga de ruptura por ocasião da realização da operação de encruamento a morno, atê atingir o valor de 1=600 MPa, e depois a evolução da referida carga de ruptura por ocasião da realização da operação de trefi— lagem a frio, em que é atingido o valor de cerca de 2=300 MPa, ganho obtido após a realização do tratamento térmico

è. temperatura de 480*C durante 45 minutos é, no caso deste exemplo, de cerca de 300 MPa.

Estas características são obtidas através da formação de martensite por ocasião da realização da operação de trefilagem a frio, formação esta que é - mais lenta no caso dos produtos que são previamente submetidos a um processo de encruamento a morno do que no caso dos produtos que são obtidos por meio duma trefilagem a frio directa do fio-máquina.

ê possivel obter-se características ainda mais elevadas?

- através duma optimização do encruamento a morno;

- adicionando às composiçSes elementos tais como o molibdénio, o silício, . = a fim de endurecer a martensite formada?

através da adição de elementos tais como o cobre, o alumínio, .»», que vão favorecer a ocorrência de precipitações endurecedoras por ocasião da realização do tratamento de envelhecimento final,

O

A primeira operação de deformação ou de encruamento a morno’’ pode ser uma trefilagem, conforme foi descrito nos exemplos, mas também uma laminagem, uma martelagem ou um forjamento, uma torção, uma flexão alternada, ou qualquer outra, u

A segunda operação de deformação a frio pode igualmente assumir diversos aspectos? trefilagem, laminagem ou qualquer outra.

Claims

íã» - Processo de elaboração de produtos com uma carga de ruptura de valor muito elevado, a partir dum aço austenítico instável_s de acordo com o qual o aço é submetido a uma primeira deformação plástica a uma temperatura superior à temperatura limite de formação da martensite por efeito da deformação e inferior â temperatura de recristalização, sendo depois este aço submetido a uma segunda deformação a uma temperatura inferior è referida temperatura limite (Md), caracterizado pGr durante a realização da segunda deformação, o aço ser deformado dentro duma determinada gama de temperaturas de formação da martensite de maneira a que, para uma deformação racional suplementar de 0,í, o aumento da taxa de martensite não ultrapasse, em momento algum, o valor de 202..
2â„ - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aço ser deformado a uma temperatura inferior à referida temperatura limite (Mdí com uma deformação racional acumulada de valor compreendido entre 0,7 e 3=
3â. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por após a segunda deformação, o aço ser submetido a um tratamento de envelhecimento.
4ã. - Processa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a primeira deformação plástica ser assegurada com uma deformação racional de valor superior a 1,65«
5ê. - Processo de acordo com as reivindicações í e 4, caracterizado por após a primeira deformação plástica, a carga de ruptura do aço ser superior a 1.30Θ MPa.

elevado, obtido a partir dum aço ãustenítico instável, designadamente sob a forma de fio ou de banda, caracterizado por ser elaborado por meio do processo de acordo com -qualquer uma das reivindicações í a 5»
7â« - Produto ds acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o aço ãustenítico ser um aço que compreende na sua composiçãos

entre 0,01 e 0, 157 de carbono en tre 13 e *7?· «z Za de crómio entre 5 e Í3 % de níquel en tre 0,2 e ·*? x. js 5 7 de mangariê· entre 0,2 e 3 7 de silício en tre 0,01 e Ô_? 157 de azoto,

sendo a restante parte constituída por ferro.

HsL - Produto de acordo com a terizado por o aço compreender também na e 27 de alumínio.

reivindicação 7, caracsua composição entre 0,5
9â. — Produto de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o aço compreender também na sua composição menos de 27. de molibdénio.

V'

Í0ê. - Produto de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o aço ãustenítico ser um aço que compreende na sua composiçãos entre 0,2 e 1 7 de carbono entre i5 e 30 7 de manganês entre 0,01 e 0,77 de azoto, sendo a restante parte constituída por ferro.

llã. - Produto de acordo cora a reivindicação 6, caracterizado por o aço compreender também menos de 5% de crómio e menos de 7% de alumínio.
12â. — Produto ds acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o aço austenítico ser um aço que compreende na sua composiçãos

entre £ ?, 1 e 0, 67. de entre i ₃ e 25 % de entre £ 5 ε 13 7. de entre £ ) e 4 7. de entre £ > B 3 7. de sendo a restante par •te

carbono níquel crómio, molibdénio si1ício, constituída por ferro

Í3ã» - Produto de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, caracterizado por a carga de ruptura, antes do envelhecimento, ser superior a 2.300 MPa.
14ã. - Produto de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizado por a carga de ruptura, após o envelhecimento, ser superior a 2.500 MPa.