Solicitante: ARCELORMITTAL FRANCE.

Dirección: Immeuble Le Cézanne, 6 rue André Campra.

Ciudad: 93200 Saint-Denis.

País: FR.

Otras invenciones de ARCELORMITTAL FRANCE (2): procedimiento de realización de una pieza con características..., procedimiento de realización de una pieza a partir de una banda...

Inventor: VANDEPUTTE, SVEN.

Inventor: MESPLONT, CHRISTOPHE.

Inventor: JACOBS, SIGRID.

Clasificación CIP: C21D 8/02, C22C 38/04, C22C 38/12, C22C 38/02, C22C 38/14, C22C 38/32, C22C 38/18.

 

Descripción:

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DESCRIPCION

Una composicion de acero de ultra alta resistencia, el proceso de fabricacion de un producto de acero de ultra alta resistencia y el producto obtenido

Campo de la invencion.

La presente invencion se relaciona con una composicion de acero de ultra alta resistencia, con el proceso de fabricacion de un producto de acero de ultra alta resistencia, y con el producto final de dicho proceso.

Estado de la tecnica.

En la industria automotor existe la necesidad de la reduccion del peso, lo que supone el uso de materiales de alta resistencia de manera que se pueda disminuir el grosor de las partes sin detrimento de los requerimientos funcionales y de seguridad. Los productos de laminas de acero de ultra alta resistencia (UHSS) que tienen una buena formabilidad pueden proporcionar la solucion para este problema.

Varios documentos describen tales productos UHSS. Mas particularmente, el documento DE19710125 describe un metodo para fabricar un fleje de acero ductil altamente resistente (superior a 900MPa) con (en% en masa) 0,1 hasta 0,2% de C, 0,3 hasta 0,6% de Si, 1,5 hasta 2,0% de Mn, max. 0,08% de P, 0,3 hasta 0,8% de Cr, hasta 0,4% de Mo, hasta 0,2% de Ti y/o de Zr, hasta 0,08% de Nb. El material es producido como un fleje laminado enrollada caliente. Sin embargo, una desventaja de este proceso es que para grosores pequenos (por ejemplo mas pequenos que 2mm), las fuerzas del laminado se incrementan de manera drastica, lo que plantea un lfmite para las posibles dimensiones que pueden ser fabricadas. La razon de este lfmite es la muy alta resistencia de este material no solo en el producto final sino tambien a las temperaturas en el tren de acabado del laminador en caliente. Tambien es conocido que el alto contenido de Si provoca problemas en la calidad de la superficie debido a la presencia de oxidos de Si los cuales despues del decapado crean una superficie con una aspereza muy alta e irregularte. Ademas, con el fin de la proteccion contra la corrosion, el galvanizado en bano de solucion alcalina caliente de tal sustrato de alto contenido de Si por lo general conduce a una apariencia de la superficie insuficiente para las aplicaciones en el campo automotor, con ademas un riesgo alto de la presencia de manchas debido a zonas con falta de pintura en la superficie.

El documento JP09176741 describe la fabricacion de un fleje de acero laminado en caliente de alta tenacidad con excelentes caractensticas de homogeneidad y fatiga. El acero tienen una composicion que contiene (en% en masa), <0,03% de C, <0,1% de Al, 0,7 hasta 2,0% de Cu, 0,005 hasta 0,2% de Ti, 0,0003 hasta 0,0050% de B y <0,0050% de N. El producto laminado en caliente tienen una estructura en la cual el% en volumen baimtico es mayor que el 95% y el% en volumen martensttico es <2%. Las desventajas de esta invencion son ademas de los grosores limitados que pueden ser fabricados en el laminador de flejes en caliente como fue explicado anteriormente, tambien el uso de una cantidad sustancial de Cu como elemento de aleacion. Este elemento es solamente usado para productos particulares y generalmente no es deseado en las composiciones usadas por ejemplo en aceros de embuticion profunda, aceros estructurales y aceros de alta resistencia clasicos para las aplicaciones en el campo automotor. De esta forma, la presencia de Cu hace la administracion y logfstica de la chatarra mucho mas diffcil en las plantas de produccion de acero si la mayona de la gama de productos contiene grados donde el Cu tiene que ser limitado a un nivel de impureza bajo. Ademas, se conoce que el cobre deteriora considerablemente la tenacidad de la zona afectada por el calor despues de la soldadura y de esta forma deteriora la soldabilidad. Esto tambien esta asociado frecuentemente con problemas de escasez de calor.

El documento EP0019193 describe el metodo de fabricar un acero de fase dual que contiene mayormente ferrita de granos finos con granos de martensita dispersos entre ellos. La composicion comprende 0,05-0,2% de C, 0,5-2,0% de Si, 0,5-1,5% de Mn, 0-1,5% de Cr, 0-0,15% de V, 0-0,15% de Mo, 0-0,04% de Ti, 0-0,02% de Nb. La produccion de dicho acero es realizada manteniendo la temperatura del fleje de acero laminado en caliente bobinado dentro del rango de 800-650°C por un periodo de tiempo de mas de un minuto, desembobinando el fleje de acero y enfriando el fleje de acero hasta una temperatura por debajo de 450°C a una velocidad que excede los 10°C/s. Se describe que cambiando la cantidad de martensita desde 5 a 25%, la resistencia a la traccion puede ser variada entre 400 y 1400MPa y el alargamiento entre 40 y 10%. Las desventajas son nuevamente que solamente son considerados los productos laminados en caliente asf como el alto contenido de Si el cual plantea problemas para el galvanizado en bano de solucion alcalina caliente.

El documento EP861915 describe un acero de alta resistencia a la traccion y alta tenacidad y el metodo para fabricarlo. La resistencia a la traccion no es menor que 900MPa, y la composicion consiste de (en% en masa) 0,020,1% de C, Si<0,6%, Mn 0,2-2.5%, 1,2

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500°C a una velocidad de enfriamiento de desde 10°C/seg hasta 45°C/seg medida en el centro en la direccion del grosor de la plancha de acero. Las desventajas de esta invencion son la adicion de una cantidad sustancial de Ni lo que esta muy lejos de ser usado frecuentemente en las plantas de produccion de acero de carbono clasico (planteando los mismos problemas de administracion de la chatarra que con el Cu en los documento previos citados) asf como la limitacion al laminado en caliente.

El documento WO9905336 describe un acero que contiene boro soldable de ultra alta resistencia con una tenacidad superior. La resistencia a la traccion es al menos 900MPa y la microestructura esta compuesta predominantemente de bainita inferior de grano fino, martensita en lajas de grano fino, o mezclas de las mismas. La composicion consiste (en% en masa) de alrededor de 0,03% hasta alrededor de 0,10% de C, alrededor de 1,6% hasta alrededor de 2,1% de Mn, alrededor de 0,01% hasta alrededor de 0,10% de Nb, alrededor de 0,01% hasta alrededor de 0,10% de V, alrededor de 0,2% hasta alrededor de 0,5% de Mo, alrededor de 0,005% hasta alrededor de 0,03% de Ti, alrededor de 0,0005% hasta alrededor de 0,0020% de B. El acero que contiene boro esta compuesto adicionalmente de al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de (i) 0% en peso hasta alrededor de 0,6% en peso de Si, (ii) 0% en peso hasta alrededor de 1,0% en peso de Cu, (iii) 0% en peso hasta alrededor de 1,0% en peso de Ni, (iv) 0% en peso hasta alrededor de 1,0% en peso de Cr, (v) 0% en peso hasta alrededor de 0,006% en peso de Ca, (vi) 0% en peso hasta alrededor de 0,06% en peso de Al, (vii) 0% en peso hasta alrededor de 0,02% en peso de REM, y (viii) 0% en peso hasta alrededor de 0,006% en peso de Mg. Nuevamente, el procesamiento esta limitado al laminado en caliente solo, seguido por el enfriamiento rapido hasta una temperatura de parada del enfriamiento rapido y subsiguiente enfriamiento con aire. El costo de este analisis es tambien bastante alto debido a los grandes contenidos de Mo y V que son aplicados.

A partir del artfculo de C. Mesplont et al.: "Developement of High-Strength Bainitic Steels for Automotive Applications" presentado en la 41a MSWP Conf. Proc., ISS, vol XXXVII, 1999, pags. 515-524 es conocido desarrollar acero baimtico laminado en caliente, conformable, de alta resistencia (TS > 1000MPa). Se estudio el efecto de alear elementos (C, P, B, Si, Cr, Mo y Nb) y el tratamiento termo-mecanico con vistas a formar una microestructura predominantemente baimtica o una microestructura de bainita-martensita doble.

Objetivos de la invencion

Es un objetivo de la presente invencion proporcionar un producto de acero de ultra alta resistencia (UHSS), producido por laminado en fno y recocido y posiblemente seguido por recubrimiento de zinc electrolttico o galvanizado en bano de solucion alcalina caliente, para tener un producto de UHSS disponible a grosores bajos lo que no es posible o muy diffcil de producir mediante el laminado en caliente.

Sumario de la invencion

La presente invencion se relaciona con un producto de acero de ultra alta resistencia de acuerdo con reivindicacion 1.

Tres realizaciones espedficas estan relacionadas con el mismo producto, pero teniendo tres sub rangos diferentes para el carbono: respectivamente 1200-2500ppm, 1200—1700ppm y 1500-1700ppm.

Igualmente, dos realizaciones espedficas estan relacionadas con el mismo producto, pero teniendo los siguientes sub rangos de fosforo: respectivamente 200-400ppm y 250-350ppm.

Finalmente, dos realizaciones espedficas mas estan relacionadas con el mismo producto, pero teniendo los siguiente sub rangos para el Nb: respectivamente 250-550ppm y 450-550ppm.

La invencion se relaciona igualmente con un proceso de acuerdo con reivindicacion 12, 13 o 14.

Un sustrato laminado en fno de acuerdo con invencion puede tambien someterse a una reduccion por enderezado de maximo 2%. En lugar de un galvanizado en bano de solucion alcalina caliente, el sustrato laminado en fno puede ser sometido a una etapa de recubrimiento de zinc electrolttico.

Un producto de acero de acuerdo con invencion puede tener un endurecimiento por recocido BH2 mayor que 60MPa en ambas direcciones, longitudinal y transversal.

Breve descripcion de los dibujos

La Fig. 1 esta describiendo la microestructura general de un producto laminado en caliente de acuerdo con presente divulgacion.

La Fig. 2 esta describiendo un ejemplo de la microestructura detallada del producto de la Fig. 1.

Las Figs. 3 y 4 estan describiendo la microestructura de un producto laminado en fno y recocido de acuerdo con presente invencion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

De acuerdo con presente invencion un producto de acero de ultra alta resistencia es propuesto, que tiene la siguiente composicion. La aplicacion de los rangos mas amplios que son indicados, sera posible, en combinacion con los parametros correctos del proceso, para que resulte en productos que tienen una microestructura multi-fase

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deseada, buena soldabilidad asf como excelentes propiedades mecanicas. Los rangos estan relacionados con rangos estrechos de las propiedades mecanicas, por ejemplo una resistencia mmima a la traccion garantizada de 1000MPa, o con requerimientos mas rigurosos sobre la soldabilidad (maximo del rango de C, ver el parrafo a continuacion).

C: entre 1000ppm y 2500ppm. Un primer sub rango preferido es 1200-2500ppm. Un segundo sub rango preferido es 1200-1700ppm. Un tercer sub rango preferido es1500-1700ppm. El contenido mmimo de carbono es necesario para asegurar el nivel de resistencia ya que el carbono es el elemento mas importante para la templabilidad. El maximo del rango reivindicado esta relacionado con la soldabilidad. El efecto del C en las propiedades mecanicas es ilustrado por medio de las composiciones ejemplares A, B y C (tablas 1, 13, 14, 15).

Mn: entre 12000ppm y 20000ppm, preferiblemente entre 15000-17000ppm. El Mn es anadido para incrementar la templabilidad a bajo costo y esta limitado al maximo reivindicado para asegurar la capacidad del recubrimiento. Tambien incrementa la resistencia a traves del fortalecimiento de la solucion solida.

Si: entre 1500ppm y 3000ppm, preferiblemente entre 2500-3000ppm. El Si es conocido para incrementar el grado de redistribucion del carbono en la austenita y retarda la descomposicion de la austenita. Suprime la formacion de carburos y contribuye a la resistencia total. El maximo del rango reivindicado esta relacionado con la capacidad para realizar el galvanizado en bano de solucion alcalina caliente, mas particularmente en terminos de humectabilidad, adhesion del recubrimiento y apariencia de la superficie.

P: de acuerdo a una primera realizacion de la invencion, el contenido de P esta entre 100ppm y 500ppm. Un primer sub rango preferido es 200-400ppm. Un segundo sub rango preferido es 250-350ppm. El P contribuye a la resistencia total por medio del fortalecimiento de la solucion solida y, como el Si, puede tambien estabilizar la fase austenita antes que ocurra la transformacion final.

De acuerdo a una segunda realizacion de la invencion, el contenido de P esta entre 500 y 600ppm, en combinacion con los rangos de la invencion para los otros elementos de aleacion mencionados en esta descripcion. Las composiciones ejemplares D y E (tablas 16/17) ilustran el efecto del P sobre las propiedades mecanicas.

S: menor que 50ppm. El contenido de S tiene que ser limitado debido a que un nivel de inclusion demasiado alto puede deteriorar la formabilidad.

Ca: entre 0 y 50ppm: el acero tiene que ser tratado con Ca para tener el azufre remanente unido en CaS esferico en lugar de MnS el cual tiene un efecto perjudicial para las propiedades de deformabilidad despues del laminado (el MnS alargado facilmente conduce a la iniciacion de la fisura).

N menor que 100ppm

Al: entre 0 y 1000ppm. El Al es solamente anadido para propositos de desoxidacion antes de que el Ti y el Ca sean anadidos de manera que estos elementos no se pierdan en oxidos y puedan cumplir su pretendido papel.

B: entre 10 y 35ppm, preferiblemente entre 20 y 30ppm. El boro es un elemento importante para la templabilidad para ser capaz de de lograr resistencias a la torsion mayores que 1000MPa. El boro desplaza de manera muy efectiva la region de la ferrita hacia tiempos mas grandes en el diagrama de temperatura-tiempo-transformacion.

Tifactor=Ti-3,42N+10: entre 0 y 400ppm, preferiblemente entre 50 y 200ppm. El Ti es anadido para unir todo el N de manera que el B pueda cumplir totalmente su papel. De otra forma parte del B puede ser unido en BN con una perdida en la templabilidad como consecuencia. El contenido maximo del Ti esta limitado para limitar la cantidad de los precipitados que contienen Ti-C los cuales anaden nivel de resistencia pero hacen decrecer demasiado la formabilidad.

Nb: entre 200ppm y 800ppm. Un primer sub rango preferido es 250-550ppm. Un segundo sub rango preferido es 450-550ppm. El Nb retarda la recristalizacion de la austenita y limita el crecimiento del grano a traves de la precipitacion de carburos finos. En combinacion con el B evita el crecimiento de precipitados grandes de Fe23(CB)6 en el contorno de los granos de austenita de manera que B se mantiene libre para realizar su influencia en el endurecimiento. Los granos mas finos tambien contribuyen al incremento de la resistencia mientras mantienen buenas propiedades de ductilidad hasta un cierto nivel. La nucleacion de la ferrita es mejorada debido a la tension acumulada en la austenita bajo la temperatura de no-recristalizacion de la austenita. Se encontro que un incremento del Nb por encima de 550ppm no incrementa mas el nivel de resistencia. Contenidos menores de Nb traen la ventaja de fuerzas de laminado menores, especialmente en el laminador en caliente, lo cual incrementa la ventana dimensional que un productor de acero puede garantizar.

Cr: entre 2500ppm y 7500ppm, preferiblemente entre 2500 y 5000ppm debido a rezones del galvanizado en bano de solucion alcalina caliente ya que el Cr>0,5% se sabe que perjudica la humectabilidad a traves de la formacion de oxido de Cr en la superficie. El Cr disminuye la temperatura de inicio de la formacion de la bainita y conjuntamente con el B, el Mo y el Mn permite el aislamiento de la region de la bainita.

Mo: entre 1000ppm y 2500ppm, preferiblemente entre 1600 y 2000ppm. El Mo contribuye a la resistencia, disminuye la temperatura de inicio de la formacion de la bainita y disminuye las velocidades de enfriamiento cntico para la formacion de la bainita.

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El balance de la composicion es satisfecho por el hierro e impurezas incidentales.

Para limitar el S al maximo de 50ppm para disminuir la cantidad de inclusiones, y para evitar la formacion de MnS, el acero es tratado con Ca. El S y el Ca remanente pueden entonces encontrarse en CaS esferico el cual es mucho menos perjudicial para las propiedades de deformabilidad que el MnS. Ademas, el Si esta limitado comparado con los aceros existentes, lo que asegura el galvanizado para los productos laminados en caliente asf como laminados en fno que tienen esta composicion.

La presente invencion esta igualmente relacionada con el proceso de fabricar dicho producto de acero. Este proceso comprende las etapas de:

- preparar un bloque de acero que tiene una composicion de acuerdo con invencion, tal como se definio anteriormente,

- si es necesario, recalentar dicho bloque a una temperatura mayor que 1000°C, preferiblemente por encima de 1200°C para disolver los carburos de niobio de manera tal que el Nb pueda jugar completamente su papel. El recalentamiento del bloque puede ser innecesario si la fundicion es seguida en lmea por medio de las instalaciones de laminado en caliente.

- laminar en caliente el bloque, donde la temperatura de laminado final FT en la ultima posicion del laminado en caliente es mayor que la temperatura Ar3. Preferiblemente FT inferiores son usadas (pero aun por encima de Ar3, por ejemplo 750°C) si el alargamiento A80 (medicion de la prueba de traccion de acuerdo con norma EN10002-1) del producto bobonado laminado en caliente tiene que ser incrementado sin alterar la resistencia a la traccion. Comparado con una FT de 850°C un incremento relativo del 10% de A80 puede ser obtenido con una FT de 750°C, pero al costo de fuerzas superiores del laminado final.

- enfriar hasta la temperatura de bobinado CT, preferiblemente mediante enfriamiento continuo hasta la CT, tfpicamente a 40-50°C/s. El enfriamiento escalonado puede tambien ser usado.

- bobinar en el laminador en caliente dicho sustrato a una temperatura de bobinado CT comprendida entre 450°C y 750°C, donde la temperatura de bobinado tiene una influencia importante en las propiedades mecanicas de tanto el producto laminado en caliente asf como del producto despues del laminado en fno y el recocido (ver los ejemplos). En todos los casos la temperatura de bobinado minima preferida esta por encima de 550°C y mayor que la temperatura de inicio de la formacion de la bainita, de manera que la transformacion de la bainita ocurra completamente en la bobina. La temperatura de inicio de la formacion de la bainita Bs es <550°C para la composicion del ejemplo, para velocidades de enfriamiento despues del tren de acabado mayores que 6°C/min. Una temperatura de bobinado justo por encima de la temperatura de inicio de la formacion de la bainita (por ejemplo CT=570-600°C) no implica ningun problema de procesamiento en el laminador en caliente. Bobinar a CT mayores que Bs asegura que el material se transforme en la bobina y no en la mesa de salida. El aislamiento del dominio de la bainita permite de esta forma incrementar la robustez del proceso y de esta manera garantiza una mayor estabilidad de las propiedades mecanicas con relacion a los cambios en las condiciones de enfriamiento.

- decapar el sustrato para remover los oxidos.

De acuerdo con una primera realizacion, la etapa de decapado es seguida por:

- laminar en fno para obtener una reduccion del grosor, por ejemplo 50%,

- recocer hasta una temperatura maxima de estabilizacion termica comprendida entre 720°C y 860°C,

- enfriar con una velocidad de enfriamiento mayor que 2°C/s hasta una temperatura de maximo 200°C,

- enfriar finalmente hasta la temperatura ambiente a una velocidad de enfriamiento mayor que 2°C/s. Alternativamente, el enfriamiento despues de la etapa de recocido puede ser realizado a una velocidad de enfriamiento mayor que 2°C/s hasta una asf llamada temperatura de sobreenvejecimiento de 460°C o menos. En este caso, la lamina es mantenida a esta temperatura por un cierto tiempo, tfpicamente 100200s, antes de proceder al enfriamiento final hasta la temperatura ambiente.

De acuerdo con una segunda realizacion, la etapa de decapado es seguida por:

- laminar en fno el sustrato para obtener una reduccion del grosor, por ejemplo 50%,

- recocer hasta una temperatura maxima de estabilizacion termica comprendida entre 720°C y 860°C,

- enfriar con una velocidad de enfriamiento mayor que 2°C/s hasta la temperatura de un bano de zinc,

- galvanizar en bano de solucion alcalina caliente,

- enfriar finalmente hasta la temperatura ambiente.

Ambos procesos de acuerdo con primera y segunda realizacion pueden ser seguidos por una reduccion por enderezado de maximo 2%. El grosor de los sustratos de acero de la invencion despues del laminado en fno puede ser menor que 1mm de acuerdo al grosor de la lamina laminada en caliente inicial y la capacidad del laminador en

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fno para realizar el laminado en fno a un nivel suficientemente alto. De esta forma, los grosores entre 0,3 y 2,0mm son factibles. Preferiblemente no se usa alargamiento nivelador/enderezado para tener una relacion Re/Rm menor y mayor potencial de endurecimiento por deformacion del material.

La maxima temperatura de estabilizacion termica preferida durante la etapa de recocido es dependiente de la temperatura de bobinado aplicada y las propiedades mecanicas que se pretenden alcanzar: temperaturas superiores de bobinado conducen al ablandamiento de las bandas calientes (incrementando la cantidad maxima de la reduccion por laminado en fno que puede ser ofrecido en un laminador en fno particular) y para la misma temperatura de estabilizacion termica y velocidad de enfriamiento a niveles de resistencia a la traccion inferiores (ver los ejemplos). Para la misma temperatura de bobinado, una temperatura de estabilizacion termica superior en general incrementara el nivel de resistencia a la traccion con los otros parametros del procesamiento mantenidos constantes.

En el caso de que el producto no sea galvanizado en bano de solucion alcalina caliente, un recubrimiento de Zn electrolftico puede ser aplicado para aumentar la proteccion contra la corrosion.

El producto resultante, laminado en caliente o laminado en fno, tiene una estructura multifase con ferrita, martensita y diferentes tipos de bainita posibles, y posiblemente alguna austenita retenida presente a temperatura ambiente. Propiedades mecanicas espedficas como una funcion de los valores de los parametros del procesamiento son dadas en los ejemplos.

Para temperaturas de bobinado por debajo de 680°C, los productos laminados en caliente mostraron en todos los experimentos de laboratorio y las pruebas industriales que habfan realizado una fluencia continua (el comportamiento de la fluencia sin la presencia de un alargamiento del punto de fluencia o deformacion de Luders), y esto sin la aplicacion de un enderezado.

Tambien el producto laminado en fno mostro en todos los experimentos y pruebas un comportamiento de fluencia continua pero con una relacion de la resistencia a la fluencia con respecto a la resistencia a la traccion Re/Rm generalmente inferior que en el caso del producto laminado en caliente (tfpicamente, el producto laminado en fno tiene una Re/Rm entre 0,40 y 0,70 y el producto laminado en caliente una Re/Rm entre 0,65 y 0,85). Esto significa que el material esta caracterizado por un endurecimiento por deformacion alto: las fuerzas iniciales necesarias para iniciar la deformacion platica pueden ser mantenidas bastante bajas lo que facilita la deformacion inicial del material, pero el material ya alcanza niveles altos de resistencia debido al alto endurecimiento por trabajado despues de algun% de deformacion.

El producto laminado en fno final exhibe una resistencia ultra alta en combinacion con una buena ductilidad: pueden ser producidos materiales no recubiertos, recubiertos de manera electrolftica o galvanizados en bano de solucion alcalina caliente con resistencias a la fluencia Re entre 350MPa y 1150 MPa, resistencias a la traccion Rm entre 800MPa y 1600MPa y alargamientos A80 entre 5% y 17% de acuerdo a valores espedficos de los parametros del proceso, y esto para grosores incluso inferiores a 1,0mm los cuales no son posibles de alcanzar por medio del laminado en caliente solamente en los laminadores en caliente usuales corrientes (mediciones de las propiedades mecanicas de acuerdo con la norma EN10002-1). Los aceros de ultra alta resistencia laminados en fno (basados en otras composiciones) los cuales se encuentran hoy en el mercado y los cuales exhiben una resistencia a la traccion Rm mayor que 1000MPa en general no pueden ser galvanizados en bano de solucion alcalina caliente en vista de por ejemplo su alto contenido de Si o muestran para el mismo nivel de resistencia alargamientos inferiores que los resultados obtenidos con el producto de la invencion.

Ademas, el producto de la invencion exhibe un potencial de endurecimiento por recocido muy grande: los valores BH0 exceden los 30MPa en ambas direcciones, transversal y longitudinal, y el BH2 excede incluso los 100MPa en ambas direcciones (BH0 y BH2 medidas de acuerdo con norma SEW094). Esto significa que para las aplicaciones de caja en blanco durante el curado de la pintura el material incluso obtendra una resistencia a la fluencia superior de manera que la rigidez de la estructura aumente.

Las diferentes microestructuras laminadas en caliente obtenidas despues del bobinado como una funcion de las temperaturas de bobinado aplicadas todas permiten realizar el laminado en fno sin introduccion de fisuras, esto no era esperado de antemano en vista de la ultra alta resistencia del material y la menor deformabilidad como una consecuencia de dicha ultra alta resistencia.

Concerniente a la robustez del proceso, es remarcable hacer notar que la velocidad de enfriamiento despues del recocido puede ser tan baja como 2°C/s, mientras aun proporciona propiedades de ultra alta resistencia. Esto significa que una gran variacion en las dimensiones puede ser producida con propiedades bastante constantes (ver los ejemplos) ya que las dimensiones determinan en la mayona de los casos las velocidades maximas lineales y las velocidades maximas de enfriamiento despues del recocido. En los aceros de alta resistencia clasicos o de ultra alta resistencia con por ejemplo estructuras de fase duales que consisten de ferrita y martensita, usualmente se han tenido que aplicar velocidades de enfriamiento altas (tfpicamente 20-50°C/s), y el rango dimensional que puede ser producido con un solo analisis es mas limitado.

Para grosores grandes donde el laminado en fno no es necesario, el producto decapado laminado en caliente en si mismo puede ser galvanizado en bano de solucion alcalina caliente manteniendo aun las propiedades de ultra alta resistencia pero con la ventaja de una mejor proteccion contra la corrosion. Las propiedades del producto decapado laminado en caliente no recubierto bobinado a por ejemplo CT=585°C y sin enderezado o alargamiento nivelador

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adicionalmente procesado son tipicamente una Re de 680-770MPa, Rm de 1060-1090MPa y A80 de 11-13%, mientras que despues de pasar el sustrato laminado en caliente una lmea de galvanizado en bano de solucion alcalina caliente (con la zona de estabilizacion termica a por ejemplo 650°C), las propiedades son aun Re de 800- 830MPa, Rm de 970-980MPa y A80 de 10% (mediciones de las propiedades mecanicas de acuerdo con norma EN10002-1).

Las diferentes desventajas descritas anteriormente para las composiciones descritas en las publicaciones del estado de la tecnica no se encuentran cuando se aplica la composicion de la presente invencion: los costes son limitados debido al uso restringido de Mo y la eliminacion de V, los elementos mas inusuales en la produccion de acero de carbono clasico (no inoxidable) como el Cu y el Ni no se usan, y lo mas importante, el Si es limitado para asegurar el galvanizado en bano de solucion alcalina caliente. La apariencia de la superficie del acero laminado en caliente galvanizado en bano de solucion alcalina caliente de la presente divulgacion es suficiente para aplicaciones no expuestas en el campo automotor donde los sustratos con alto contenido de Si en general conducen a una apariencia de la superficie insuficiente para las aplicaciones del campo automotor, con ademas un alto riesgo de la presencia de manchas debido a zonas con falta de pintura en la superficie.

En lo concerniente a la soldabilidad de los aceros de ultra alta resistencia de la presente invencion, la soldadura por puntos (por ejemplo evaluada de acuerdo con norma AFNOR A87-001 con pruebas de traccion cruzada) y la soldadura con laser mostro como resultado una soldabilidad satisfactoria aunque este sea un acero de ultra alta resistencia del cual se esperaban problemas con antelacion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas - ejemplos

1. Composicion ejemplo A

La Tabla 1 muestra un primer ejemplo de una composicion de una fundicion industrial de un producto de acero de ultra alta resistencia de acuerdo con presente invencion. Debe destacarse en lo que sigue que, todas las propiedades mecanicas de la prueba de traccion mencionadas son medidas de acuerdo con norma EN10002-1, y los valores del endurecimiento por recocido de acuerdo con norma SEW094.

Las etapas del procesamiento fueron:

Recalentamiento del bloque entre 1240-1300°C

Acabado en el laminador en caliente entre 880-900°C

Temperatura de bobinado entre 570-600°C decapado

No enderezado o alargamiento nivelador

Las propiedades mecanicas en diferentes posiciones en la bobina del producto decapado no recubierto resultante estan resumidas en la Tabla 2. Como puede observarse el producto es muy isotropico en sus propiedades mecanicas.

Las propiedades del endurecimiento por recocido despues de 0 y 2% de pre-tension uniaxial del producto resultante se ofrecen en la Tabla 3.

Despues de pasar el material a traves de una lmea de galvanizado en bano de solucion alcalina caliente con una seccion de estabilizacion termica a una temperatura entre 600-650°C donde el material es mantenido entre 40-80s antes de enfriar hasta la temperatura del bano de zinc y galvanizar en bano de solucion alcalina caliente, las propiedades mecanicas eran Re de 800-830MPa, Rm de 970-980MPa y A80 de 9,5-10,5%, siendo las diferencias con el producto no recubierto debido a un ligero cambio en la microestructura (precipitacion de carburo).

La microestructura del producto laminado en caliente tfpicamente consiste de las fases, descritas en la Tabla 4. Las microestructuras tfpicas que se corresponden con el material que se caracteriza en la Tabla 4 se dan en las Figuras 1 y 2.

La Fig. 1 describe la microestructura general del producto laminado en caliente procesado a temperatura de bobinado de 570-600°C. Despues del ataque qrnmico con la solucion de ataque llamada Le Pera la region coloreada clara en el micrografo optico es martensita como se demostro despues de las mediciones de difraccion con rayos X.

La Fig. 2 describe un ejemplo de la microestructura detallada del producto de la Fig. 1, en una fotograffa a traves de un microscopio electronico de barrido. Las zonas en drculos 1 representan la martensita, mientras el area gris 2 representa la bainita superior.

Un cambio en la temperatura de bobinado desde 570-600°C (donde las propiedades mecanicas son casi constantes) hasta alrededor de 650°C conduce a los siguientes cambios en las propiedades mecanicas: Re 600 MPa, Rm 900MPa y A80 14-15%.

El procesamiento adicional del producto laminado en caliente, variando la temperatura de bobinado CT, conduce a las propiedades del producto laminado en fno, mostradas en las tablas 5 a la 12 (todos los grosores 1mm, 50% de reduccion por laminado en fno):

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Las microestructuras de los productos laminados en fno son dependientes de la temperatura de bobinado, la temperatura de estabilizacion termica y la velocidad de enfriamiento (y la reduccion por laminado en fno). De esta forma, la distribucion en% de la ferrita, la bainita y la martensita es una funcion de estos parametros pero en general puede observarse que para lograr resistencias a la traccion mayores que 1000MPa, la suma de los constituyentes baimticos y martenstticos es mas que el 40% en un micrografo optico (magnificacion de 500x para ser suficientemente representativo).

Ejemplos de microestructuras finales laminadas en fno y recocidas tfpicos se observan en las Figuras 3 y 4.

La Fig. 3 esta describiendo la microestructura (solucion de ataque LePera) a una magnificacion de 500x de un producto laminado en fno y recocido de acuerdo con presente invencion, procesado a 550°C de temperatura de bobinado, 50% de reduccion por laminado en fno, 780°C de temperatura maxima de estabilizacion termica y velocidad de enfriamiento subsiguiente de 2°C/s, que resulta en una microestructura de 38% de martensita, 9% de bainita y 53% de ferrita. Las propiedades mecanicas relacionadas con esta estructura se pueden encontrar en la Tabla 7.

La Fig. 4 esta describiendo la microestructura (solucion de ataque LePera) a una magnificacion de 500x de un producto laminado en fno y recocido de acuerdo con presente invencion, procesado a 720°C de temperatura de bobinado, 50% de reduccion por laminado en fno, 820°C de temperatura maxima de estabilizacion termica y una velocidad de enfriamiento subsiguiente de 100°C/s, que resulta en una microestructura de 48% de martensita, 4% de bainita y 48% de ferrita. Las propiedades mecanicas relacionadas con esta estructura pueden encontrarse en la Tabla 6. En la figura 4, tres fases pueden ser reconocidas: las areas de gris mas oscuro 5 son ferrita, las areas de gris mas claro 6 son martensita, y las areas de negro oscuro 7 son bainita.

Considerando el nivel de ultra alta resistencia de los materiales, especialmente aquellos en el rango con una resistencia a la traccion mayor que 1000MPa, algunas combinaciones de los parametros de procesamiento muestran una excepcionalmente buena deformabilidad incluso hasta 14-15%.

2. Composiciones ejemplos B/C

La Tabla 13 describe dos piezas fundidas adicionales en terminos de composicion, de un acero UHSS de la invencion. Las composiciones son referidas como B y C.

Los bloques hechos de las composiciones A y B experimentaron las siguientes etapas, produciendo laminas de acero de acuerdo con la invencion:

- laminar en caliente, temperatura final por encima de Ar3

- enfriar a 630°C,

- decapar,

- laminar en fno con reduccion de 50% hasta 1,6mm

- recocer hasta una temperatura maxima de estabilizacion termica de 820°C

- enfriar a 10°C/s hasta la temperatura de bano de zinc,

- galvanizar en bano de solucion alcalina caliente,

- enfriar hasta la temperatura ambiente

Los bloques hechos de la composicion C tienen un procesamiento similar pero con una reduccion por laminado en fno del 60% hasta 1,0mm y despues de enfriar hasta la temperatura ambiente un enderezado extra entre 0 y 1%.

Las propiedades mecanicas de las 3 laminas de acero galvanizadas en bano de solucion alcalina caliente con las composiciones A, B y C son mostradas en la tabla 14 y 15. Estos ejemplos demuestran la influencia del contenido de carbono en las propiedades mecanicas. Contenidos inferiores de carbono resulta en un equivalente inferior del carbono lo que es bien conocido que es beneficioso para la soldadura.

Tabla 1: composicion A (ppm) del producto de acero de ultra alta resistencia de acuerdo con presente invencion

Codigo

C

Mn

Si

P

S

N

Al

B

Ti

Nb

Cr

Mo

Ca

A

1650

15790

2810

310

28

69

328

25

283

492

4940

1980

26

Tabla 2: propiedades mecanicas del producto de acero de ultra alta resistencia no recubierto, decapado, laminado en caliente, composicion A. Grosor 2,0mm.

Direccion longitudinal Direccion transversal

Re/MPa

Rm/MPa

Au/%

As0/%

n4-6

Re/MPa

Rm/MPa

Au/%

A80/%

n4-6

Posicion

1

724

1080

9

12

0,127

755

1066

8

11

0,122

Posicion

2

688

1069

9

13

0,142

719

1069

9

12

0,134

Posicion

3

682

1069

9

13

0,141

723

1068

8

11

0,128

Tabla 3: propiedades de endurecimiento por recocido del producto de acero de ultra alta resistencia no recubierto, decapado, laminado en caliente, composicion A. Grosor 2,0mm.

Longitudinal

Transversal

BH0/MPa

BH2/MPa

BH0/MPa

BH2/MPa

Posicion 1

56

101

38

109

Posicion 2

39

104

32

114

Posicion 3

49

114

35

120

5 Tabla 4: distribucion de fase t^pica del producto de acero de ultra alta resistencia laminado en caliente, composicion A, procesado a una temperatura de bobinado entre 570-600 °C. La fraccion de la austenita retenida fue <1%. Las muestras fueron tomadas en diferentes posiciones sobre toda la longitud de la bobina.

Fase%

Muestra 1

Muestra 1

Muestra 2

Muestra 2

borde

medio

borde

medio

Ferrita

=8

=4

=8

=4

Bainita sin cementita

75

70

74

76

Bainita superior sin cementita

4

5

4

3

Martensita + austenita retenida (<1%)

13

21

14

17

Tabla 5: Tmax de estabilizacion termica: 780°C, Velocidad de enfriamiento: 100°C/s hasta la temperatura ambiente.

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

550

770

1486

7

0,52

10

Tabla 6: Tmax de estabilizacion termica: 820 C, Velocidad de enfriamiento: 100 C/s hasta la temperatura ambiente

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

441

1006

14

0,44

680

982

1483

7

0,66

550

1137

1593

5

0,71

Tabla 7: Tmax de estabilizacion termica: 780C, Velocidad de enfriamiento: 2C/s hasta la temperatura ambiente.

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

680

538

1140

7

0,46

550

667

1338

7

0,50

Tabla 8: Tmax de estabilizacion termica: 820 C, Velocidad de enfriamiento: 2 C/s hasta la temperatura ambiente.

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

438

993

15

0,44

680

555

1170

12

0,49

550

756

1304

9

0,58

Tabla 9: Tmax de estabilizacion termica: 780C, Velocidad de enfriamiento: 100 C/s, sobreenvejecimiento 150s a 400 C.

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

400

853

14

0,47

680

511

1039

8

0,49

550

464

1057

11

0,44

5

Tabla 10: Tmax de estabilizacion termica: 820°C, Velocidad de enfriamiento: 100°C/s, sobreenvejecimiento 150s a 400°C.

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

494

911

11

0,54

680

705

1103

8

0,64

550

831

1229

6

0,68

Tabla 11: Tmax de estabilizacion termica: 780C, Velocidad de enfriamiento: 10C/s, sobreenvejecimiento 150s 10 desde 450-380 C

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

398

917

15

0,43

680

472

1008

8

0,47

550

558

1141

7

0,49

CT(°C)

Re (MPa)

Rm (MPa)

A%

Re/Rm

720

457

909

13

0,50

680

652

1146

11

0,57

550

760

1240

8

0,61

Tabla 12: Tmax de estabilizacion termica: 820°C, Velocidad de enfriamiento: 10°C/s, sobreenvejecimiento 150s a 450-380°C.

15 Tablas 5 a la 12: propiedades mecanicas del producto de acero de ultra alta resistencia laminado en caliente y recocido/galvanizado en bano de solucion alcalina caliente, composicion A, de acuerdo con presente invencion. Grosor 1,0mm.

Tabla 13: composiciones B y C (ppm) del producto de acero de ultra alta resistencia de acuerdo con presente 20 invencion.

Codigo

C

Mn

Si

P

S

N

Al

B

Ti

Nb

Cr

Mo

Ca

B

1500

15900

2600

300

19

60

470

21

340

540

2800

2000

18

C

1400

15900

2700

280

22

32

360

21

200

370

3200

1800

25

Tabla 14: propiedades mecanicas de acuerdo a EN10002-1 de las laminas de acero laminadas en frio, galvanizadas en bano de solucion alcalina caliente, que tienen las composiciones A y B, en la direccion longitudinal, grosor 1,6mm

Codigo

Re (MPa)

Rm (MPa)

A80%

A

587

1156

12.5

B

571

1116

13

5 Tabla 15: propiedades mecanicas de acuerdo a EN10002-1 de las laminas de acero laminadas en frio, galvanizadas en bano de solucion alcalina caliente, que tienen la composicion C, en la direccion longitudinal, grosor 1,0mm, procesadas con un enderezado entre 0 y 1%.

Codigo

Re (MPa)

Rm (MPa)

A80%

C

510-680

1080-1180

11-14

 

Reivindicaciones:

5 10 15 20 25 30 35 40 45 REIVINDICACIONES 1. Un producto de acero laminado en caliente y, ademas, laminado en frio y recocido, que tiene la siguiente composicion: - C: entre 1000ppm y 2500ppm - Mn: entre 12000ppm y 20000ppm - Si: entre 1500ppm y 3000ppm - P: entre 100ppm y 600ppm - S: maximo 50ppm - N: maximo 100ppm - Al: maximo 1000ppm - B entre 10ppm y 35ppm - Tifactor=Ti-3,42N+10: entre 0ppm y 400ppm - Nb: entre 200ppm y 800ppm - Cr: entre 2500ppm y 7500ppm - Mo: entre 1000ppm y 2500ppm - Ca: entre 0 y 50ppm el remanente siendo hierro e impurezas incidentals, caracterizado por que dicho producto de acero comprende al menos una fase baimtica y/o una fase martensftica, y donde la distribucion de fase es tal que la suma de las fases bainftica y martensftica es mayor que el 40%, y donde la resistencia a la traccion es mayor que 1000 MPa. 2. Un producto de acero de acuerdo a las reivindicacion 1, que tiene un endurecimiento por recocido BH2 mayor que 60MPa en ambas direcciones, longitudinal y transversal. 3. El producto de la reivindicacion 1 o 2, donde la cantidad de carbono esta entre 1200ppm y 2500ppm. 4. .El producto de la reivindicacion 3, donde la cantidad de carbono esta entre 1200ppm y 1700ppm. 5. El producto de la reivindicacion 4, donde la cantidad de carbono... Seguir leyendo....