Procedimiento de fabricación de chapas de acero que presentan una elevada resistencia y una excelente ductilidad, y chapas así producidas.

Composición para la fabricación de acero que presenta un comportamiento TRIP, que comprende

, estando las concentraciones expresadas en peso:**Fórmula**

y a título opcional entre**Fórmula**

estando uno o varios elementos escogidos de entre el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2006/001668.

Solicitante: ARCELORMITTAL FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 1-5, RUE LUIGI CHERUBINI 93200 SAINT DENIS FRANCIA.

Inventor/es: SCOTT,COLIN, BARGES,PATRICK, PETITGAND,GÉRARD, PERRARD,FABIEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero... > C22C38/04 (que contienen manganeso)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > C22C38/00 (Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00))

PDF original: ES-2515116_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de chapas de acero que presentan una elevada resistencia y una excelente ductilidad, y chapas así producidas

[1] La invención se refiere a la fabricación de chapas de acero, más especialmente de aceros « TRIP » (« Transformation Induced Plasticity ») es decir que presenta una plasticidad inducida por una transformación alotrópica.

[2] En la industria del automóvil, existe una necesidad continua de aligeramiento de los vehículos que se traduce en la búsqueda de aceros con límite de elasticidad o de resistencia aumentadas. Por ello se han propuesto aceros de resistencia elevada que comprenden elementos de micro-aleación. El endurecimiento se obtiene simultáneamente por precipitación y por afinamiento del tamaño de los granos. Con la finalidad de obtener niveles de resistencia aún mayores, se han desarrollado aceros TRIP que presentan combinaciones de propiedades (resistencia-aptitud a la deformación) ventajosas. Estas propiedades están ligadas a la estructura de estos aceros, constituida por una matriz ferrítica que comprende fases de bainita y austenita residual. En las chapas laminadas en caliente, la austenita residual se estabiliza gracias a un aumento de la concentración de elementos tales como el silicio o el aluminio, estos elementos retardan la precipitación de los carburos en la bainita. En lo que se refiere a la fabricación de chapas laminadas en frío de acero TRIP, se realiza mediante una recalefacción durante el recocido en un ámbito en que la austenitización interviene de manera parcial, seguida de una refrigeración rápida para evitar la formación de perlita y de un soporte isotermo en el ámbito bainítico: una parte de la austenita se transforma en bainita, otra parte se estabiliza por el incremento de la concentración de carbono de los islotes de austenita residual. Así, la presencia inicial de austenita residual dúctil está asociada a una gran aptitud para la deformación. Bajo el efecto de una deformación ulterior, por ejemplo durante una estampación, la austenita residual de una pieza de acero TRIP se transforma progresivamente en martensita lo que se traduce en un endurecimiento importante. Por lo tanto, un acero que presenta un comportamiento TRIP permite garantizar una aptitud importante para la deformación y una resistencia mecánica elevada, siendo estas dos propiedades habitualmente antagonistas. Esta combinación proporciona un potencial de absorción de energía elevada, calidad típicamente buscada en la industria automóvil para piezas resistentes a los choques.

[3] El carbono realiza una función importante en la fabricación de los aceros TRIP: por un lado su presencia en cantidad suficiente en el seno de los islotes de austenita residual es necesaria para que la temperatura de transformación martensítica local se reduzca por debajo de la temperatura ambiente. Por otro lado, se suele añadir para aumentar la resistencia de manera económica. Sin embargo, esta adición de carbono debe limitarse para garantizar que la capacidad para la soldadura de los productos siga siendo satisfactoria: en el caso contrario, se reducen la ductilidad de los ensamblados soldados y la resistencia a la fisuración en frío. Por lo tanto se busca un procedimiento de fabricación para aumentar la resistencia de las chapas de acero TRIP, en particular más allá de 9-11 MPa aproximadamente para una concentración de carbono del orden de ,2% en peso sin que el alargamiento total se reduzca por debajo de un valor de 18%. Es deseable un aumento de resistencia de más de 1 MPa con respecto a los niveles actuales.

[4] También se busca un procedimiento de fabricación de chapas de acero laminadas en caliente o en frío que sería poco sensible a pequeñas variaciones de las condiciones industriales de fabricación, en particular a variaciones de temperatura. Por lo tanto, se busca obtener un producto caracterizado por una microestructura y propiedades mecánicas poco sensibles a pequeñas variaciones de estos parámetros de fabricación. También se busca obtener un producto de alta tenacidad que ofrezca una excelente resistencia a la ruptura.

[5] La presente invención tiene como objetivo resolver los problemas previamente mencionados.

[6] Con este objetivo, la invención tiene por objeto una composición para la fabricación de acero que presenta un comportamiento TRIP, que comprende, estando las concentraciones expresadas en peso: ,8% <C < ,23%, 1%

< Mn < 2%, 1 < Si < 2%, Al < ,3%, ,1% < V < ,25%, Ti < ,1%, S < ,15%, P < ,1%, ,4% < N

< ,12%, y a título opcional uno o varios elementos escogidos de entre: Nb < ,1%, Mo < ,5%, Cr < ,3%, el resto de la composición estando constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración. Preferentemente, la concentración de carbono es tal que: ,8% < C < ,13%. Según una variante preferida, la concentración de carbono es tal que: ,13% < C < ,18%.

[7] Aún más preferentemente, la concentración de carbono es tal que: ,18% < C < ,23%.

[8] Preferentemente, la concentración de manganeso es tal que: 1,4% < Mn < 1,8%. Aún más preferentemente, la concentración de manganeso cumple que: 1,5% 8 Mn s 1,7%.

[9] A título preferido, la concentración de silicio es tal que: 1,4% < Si < 1,7%. Preferentemente, la concentración de aluminio cumple que: Al < ,15%.

[1] Según un modo preferido, la concentración de vanadio es tal que: ,12% < V < ,15%.

[11] Aún más preferentemente, la concentración de titanio es tal que: Ti <,5%. La invención también tiene por objeto una chapa de acero con la composición de más arriba, cuya microestructura está constituida por ferrita, bainita, austenita residual, y eventualmente martensita.

[12] Según un modo preferido, la microestructura del acero comprende una concentración de austenita residual

comprendida entre 8 y 2%.

[13] La microestructura del acero comprende preferentemente una concentración de martensita inferior a 2%.

[14] A título preferencial, el tamaño medio de los islotes de austenita residual es inferior o igual a 2 micrómetros.

[15] El tamaño medio de los islotes de austenita residual es preferentemente inferior o igual a 1 micrómetro.

[16] La invención también tiene por objeto un procedimiento de fabricación de una chapa laminada en caliente que presenta un comportamiento TRIP, según el cual:

- se proporciona un acero según cualquiera de las composiciones de más arriba,

- se procede a la colada de un semi-producto a partir de este acero,

- se lleva dicho semi-producto a una temperatura superior a 12°C,

- se lamina en caliente el semi-producto,

- se enfría la chapa así obtenida,

- se bobina la chapa, es cogiéndose la temperatura Tfi de fin del laminado en caliente, la velocidad Vr de la refrigeración, la temperatura de devanado Tbob de tal manera que la microestructura del acero esté constituida por ferrita, bainita, austenita residual, y eventualmente martensita.

[17] Preferentemente, la temperatura Tfi de fin de laminado en caliente, la velocidad Vr de la refrigeración, la temperatura Tbob de devanado se escogen de tal manera que la microestructura del acero comprenda una concentración de austenita residual comprendida entre 8 y 2%.

[18] Aún más preferentemente, la temperatura Tfi de fin de laminado en caliente, la velocidad Vrde refrigeración, la temperatura Tbob de devanado se escogen de tal manera que la microestructura del acero comprenda una concentración de martensita inferior a 2%.

[19] A título preferido, la temperatura Tfi de fin de laminado en caliente, la velocidad Vr de refrigeración, la temperatura Tbob de devanado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Composición para la fabricación de acero que presenta un comportamiento TRIP, que comprende, estando las concentraciones expresadas en peso:

P< ,1%

,4% <N £,12%,

,8% áC< ,23%

Mfl < 2%

Si £ 2%

Al < ,3%

,1% <V< ,25%

Ti ,1% S á ,15%

y a título opcional entre

Nb ^ ,1%

Mo í ,5%

Cr < ,3%,

estando uno o varios elementos escogidos de entre el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que comprende carbono, estando la

concentración expresada en peso:

,8% £ C < ,13%

3. Composición según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que comprende carbono, estando la concentración expresada en peso:

,13% < C £ ,18%

4. Composición según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que comprende carbono, estando la concentración expresada en peso:

,18% <*,23%

5. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por el hecho de que comprende

manganeso, estando la concentración expresada en peso:

1,4% < Mn < 1,8%

6. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que comprende manganeso, estando la concentración expresada en peso:

1,5% < Mn á 1,7%

7. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por el hecho de que comprende Silicio, estando la concentración expresada en peso:

1,4% < St <1,7%

8. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por el hecho de que comprende 15 Aluminio, estando la concentración expresada en peso:

Al £ ,15%

9. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por el hecho de que comprende vanadio, estando la concentración expresada en peso:

,12% V ,15%

1. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por el hecho de que comprende

Titanio, estando la concentración expresada en peso:

Ti < ,5%

11. Chapa de acero de composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, caracterizada por el hecho de que la microestructura de dicho acero está constituida por ferrita, bainita, austenita residual, y eventualmente

martensita

12. Chapa de acero según la reivindicación 11, caracterizada por el hecho de que la microestructura de dicho acero comprende una concentración de austenita residual comprendida entre 8 y 2%

13. Chapa de acero según la reivindicación 11 o 12, caracterizada por el hecho de que la microestructura de dicho

acero comprende una concentración de martensita inferior a 2%

14. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizada por el hecho de que el tamaño medio de los islotes de austenita residual es inferior o igual a 2 micrómetros

15. Chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada por el hecho de que el tamaño medio de los islotes de austenita residual es inferior o igual a 1 micrómetro

16. Procedimiento de fabricación de una chapa laminada en caliente que presenta un comportamiento TRIP, según 4 el cual:

- se proporciona un acero de composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1,

- se procede a la colada de un semi-producto a partir de este acero

- se lleva dicho semi-producto a una temperatura superior a 12°C,

- se lamina en caliente dicho semi-producto,

- se enfría la chapa así obtenida,

- se bobina dicha chapa,

- caracterizado por el hecho de que la temperatura Tfi de fin de dicho laminado en caliente, la velocidad Vr de dicha refrigeración, la temperatura de dicho devanado Tbob se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero esté constituida porferrita, bainita, austenita residual, y eventualmente martensita

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que la temperatura Tfi de fin de dicho laminado en caliente, la velocidad Vrde dicha refrigeración, la temperatura Tbob de dicho devanado se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero comprenda una concentración de austenita residual comprendida entre 8 y 2%

18. Procedimiento según la reivindicación 16 o la 17, caracterizado por el hecho de que la temperatura Tilde fin de dicho laminado en caliente, la velocidad Vr de dicha refrigeración, la temperatura Tbob de dicho devanado se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero comprenda una concentración de martensita inferior a 2%

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado por el hecho de que la temperatura Tfi de fin de dicho laminado en caliente, la velocidad Vrde dicha refrigeración, la temperatura Tbob de dicho devanado se escogen de tal manera que el tamaño medio de los islotes de austenita residual es inferior o igual a 2 micrómetros

2. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado por el hecho de que la temperatura Tfi de fin de dicho laminado en caliente, la velocidad Vrde dicha refrigeración, la temperatura Tbob de dicho devanado se escogen de tal manera que el tamaño medio de los islotes de austenita residual es inferior o igual a 1 micrómetro

21. Procedimiento de fabricación de una chapa laminada en caliente según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que la temperatura Tfi de fin de dicho laminado es superior o igual a 9°C, la velocidad Vr de dicha refrigeración es superior o igual a 2°C/s, y la temperatura Tbob de dicho devanado es inferior a 45°C

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado por el hecho de que la temperatura de devanado Tbob es inferior a 4°C

23. Procedimiento de fabricación de una chapa laminada en frío que presenta un comportamiento TRIP, según el cual:

- se proporciona una chapa de acero laminado en caliente fabricada según cualquiera de las reivindicaciones 16 a

22,

- se decapa dicha chapa

- se lamina en frío dicha chapa

- se somete dicha chapa a un tratamiento térmico de recocido, comprendiendo dicho tratamiento térmico una fase de calefacción a una velocidad de calefacción Vcm, una fase de mantenimiento a una temperatura de mantenimiento Tm durante un tiempo de mantenimiento tm, a la que le sigue una fase de refrigeración a una velocidad de refrigeración Vrm cuando la temperatura es inferior a Ar3, a la que le sigue una fase de mantenimiento a una temperatura de mantenimiento Tm durante un tiempo de mantenimiento tm, caracterizado por el hecho de que los parámetros Vcm, Tm, tm, Vrm, Tm, tm, se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero esté constituida por ferrita, bainita, austenita residual, y eventualmente martensita

24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado por el hecho de que los parámetros Vcm, Tm, tm, Vrm, Tm, tm, se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero comprenda una concentración de austenita residual comprendida entre 8 y 2%

25. Procedimiento según la reivindicación 23 o 24, caracterizado por el hecho de que los parámetros Vcm, Tm, tm, Vrm, Tm, tm, se escogen de tal manera que la microestructura de dicho acero comprenda una concentración de martensita inferior a 2%

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, caracterizado por el hecho de que los parámetros Vcm, Tm, tm, Vrm, Tm, tm, se escogen de tal manera que el tamaño medio de los islotes de austenita residual sea inferior a 2 micrómetros

27. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, caracterizado por el hecho de que los parámetros Vcm, Tm, tm, Vrm, Tm, tm, se escogen de tal manera que el tamaño medio de los islotes de austenita residual sea inferior a 1 micrómetro

28. Procedimiento de fabricación de una chapa laminada en frío que presenta un comportamiento TRIP, según la reivindicación 23, caracterizado por el hecho de que se somete dicha chapa un tratamiento térmico de recocido, comprendiendo dicho tratamiento térmico una fase de calefacción a una velocidad Vcm superior o igual a 2°C/s, una fase de mantenimiento a una temperatura de mantenimiento Tm comprendida entre Ac1 y Ac3 durante un tiempo de 5 mantenimiento tm comprendido entre 1 y 2s, a la que le sigue una fase de refrigeración a una velocidad de refrigeración Vrm superior a 15°C/s cuando la temperatura es inferior a Ar3, a la que le sigue una fase de mantenimiento a una temperatura Tm comprendida entre 3 y 5°C durante un tiempo de mantenimiento tm comprendido entre 1 y 1 s

29. Procedimiento según la reivindicación 28, caracterizado por el hecho de que dicha temperatura de

mantenimiento Tm está comprendida entre 77 y 815°C

3. Utilización de una chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, o fabricada mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 29, para la fabricación de piezas de estructura o de 15 elementos de refuerzo en el ámbito automóvil.