Acero para la formación en caliente o al temple bajo herramienta, con ductilidad mejorada.

Pieza obtenida por deformación y enfriamiento dentro de una herramienta,

de una chapa o de una pieza de acero, pre-revestida a título opcional, cuya composición comprende, expresándose los contenidos en peso:

0,040%< C< 0,100%

0,80%< Mn< 2,00%

Si< 0,30%

S< 0,005%

P

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2008/000278.

Solicitante: ARCELORMITTAL FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

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

Inventor/es: LAURENT, JEAN-PIERRE, MALOT,Thierry.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21D1/18 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21D MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE LOS METALES FERROSOS; DISPOSITIVOS GENERALES PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE METALES O ALEACIONES FERROSOS O NO FERROSOS; PROCESOS DE MALEABILIZACION POR DESCARBURACION, REVENIDO U OTROS TRATAMIENTOS (cementación por procesos de difusión C23C; tratamiento de la superficie de materiales metálicos utilizando al menos un proceso cubierto por la clase C23 y al menos un proceso cubierto por la presente subclase, C23F 17/00; solidificación unidireccional de materiales eutécticos o separación unidireccional de materiales eutectoides C30B). › C21D 1/00 Métodos o dispositivos generales para tratamientos térmicos, p. ej. recocido, endurecido, temple o revenido. › Endurecido (C21D 1/02 tiene prioridad ); Temple con o sin revenido ulterior (dispositivos para el temple C21D 1/62).
  • C21D6/00 C21D […] › Tratamiento térmico de aleaciones ferrosas.
  • C21D7/13 C21D […] › C21D 7/00 Modificación de las propiedades físicas del hierro o el acero por deformación (aparatos para el trabajo mecánico de metales B21, B23, B24). › por trabajo en caliente.
  • C21D8/02 C21D […] › C21D 8/00 Modificación de las propiedades físicas por deformación en combinación con, o seguida por, un tratamiento térmico (endurecido de objetos o de materiales formados por forja o laminado sin otro calentamiento que el necesario para dar la forma C21D 1/02). › durante la fabricación de productos planos o de bandas (C21D 8/12 tiene prioridad).
  • C21D8/04 C21D 8/00 […] › para producir productos planos o bandas para repujado profundo.
  • C21D9/48 C21D […] › C21D 9/00 Tratamiento térmico, p. ej. recocido, endurecido, revenido, temple, adaptado para artículos particulares; Sus hornos. › láminas embutidas.
  • C22C38/02 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 38/00 Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00). › que contienen silicio.
  • C22C38/04 C22C 38/00 […] › que contienen manganeso.
  • C22C38/06 C22C 38/00 […] › que contienen aluminio.
  • C22C38/12 C22C 38/00 […] › que contienen tungsteno, tántalo, molibdeno, vanadio o niobio.
  • C22C38/14 C22C 38/00 […] › que contienen titanio o circonio.
  • C23C2/06 C […] › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 2/00 Procesos de baño o inmersión en caliente para aplicar el material de revestimiento en estado fundido sin modificar la forma del objeto sumergido; Sus aparatos. › Zinc o cadmio o sus aleaciones.
  • C23C2/12 C23C 2/00 […] › Aluminio o sus aleaciones.
  • C23F17/00 C23 […] › C23F LEVANTAMIENTO NO MECANICO DE MATERIAL METALICO DE LAS SUPERFICIES (trabajo del metal por electroerosión B23H; despulido por calentamiento a la llama B23K 7/00; trabajo del metal por láser B23K 26/00 ); MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS; MEDIOS PARA IMPEDIR LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL (tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F ); PROCESOS EN MULTIPLES ETAPAS PARA EL TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIE DE MATERIALES METALICOS UTILIZANDO AL MENOS UN PROCESO CUBIERTO POR LA CLASE C23 Y AL MENOS UN PROCESO CUBIERTO BIEN POR LA SUBCLASE C21D   BIEN POR LA SUBCLASE C22F O POR LA CLASE C25. › Procesos en múltiples etapas para el tratamiento de superficie de materiales metálicos utilizando al menos un proceso cubierto por la clase C23 y al menos un proceso cubierto bien por la subclase C21D bien por la subclase C22F bien por la clase C25 (C23C 28/00 tiene prioridad).

PDF original: ES-2387229_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Acero para la formación en caliente o al temple bajo herramienta, con ductilidad mejorada.

La invención se refiere a la fabricación de piezas de acero laminado en caliente o en frío que presentan, después de la formación en caliente o al temple bajo herramienta, propiedades de resistencia, de alargamiento y de resistencia a la corrosión, particularmente favorables y homogéneas.

Para algunas aplicaciones, se busca realizar piezas de acero que combinen una resistencia mecánica elevada, una gran resistencia a los golpes y un buen comportamiento a la corrosión. Este tipo de combinación es particularmente deseable en la industria del automóvil donde se busca un aligeramiento significativo de los vehículos. Esto puede obtenerse particularmente gracias a la utilización de piezas de acero con elevadas características mecánicas cuya microestructura es martensítica o bainito-martensítica: piezas anti-intrusión, de estructura o que participan en la seguridad de los vehículos automóviles tales como travesaños de paragolpes, refuerzos de puerta o de soporte central, que necesitan por ejemplo las calidades indicadas anteriormente.

La patente FR2780984 describe así una chapa de acero revestida de aluminio que presenta una resistencia muy elevada después del tratamiento térmico, comprendiendo este tratamiento un calentamiento entre Ac3 y 1200ºC luego una conformación en caliente dentro de una herramienta. Los elementos de la composición del acero son los siguientes: C: 0, 15-0, 5%, Mn: 0, 5%-3%, Si: 0, 1%-0, 5%, Cr: 0, 01-1%, Ti < 0, 2%, Al, P< 0, 1%, S< 0, 05%, B: 0, 0005%0, 08%. El compuesto aleado formado por interdifusión del pre-revestimiento y del acero en curso de tratamiento térmico asegura una protección contra la descarburación y la corrosión.

En un ejemplo de realización, la utilización de un acero que comprende 0, 231%C, 1, 145%Mn, 0, 239%Si, 0, 043%Al, 0, 020%P, 0, 0038%S, 0, 179%Cr, 0, 009%Cu, 0, 020%Ni, 0, 032%Ti, 0, 0042%N, 0, 0051%Ca, 0, 0028%B, permite obtener después de la conformación en caliente, una resistencia superior a 1500MPa, asociada con una estructura totalmente martensítica.

En contrapartida a este nivel de resistencia muy elevado, el alargamiento a la ruptura es relativamente bajo después del tratamiento térmico, del orden del 5%. Algunas aplicaciones estructurales no necesitan sin embargo un nivel de resistencia tan elevado sino que requieren por el contrario una capacidad de alargamiento a la ruptura superior al 15%. Estas aplicaciones requieren igualmente una buena protección de las piezas contra la corrosión.

Chapas de acero para la industria del automóvil se han propuesto en los documentos EP1.146.132 y EP 1.195.447. Los documentos EP 1.767.659, EP 1.143.029, FR 2.833.504 y EP 1.013.785 describen la formación en caliente al temple bajo herramienta de piezas o piezas en bruto.

Estas aplicaciones estructurales se refieren a piezas de refuerzo con un espesor comprendido entre 0, 5 y 4 mm aproximadamente. Se busca disponer de un acero cuya resistencia y alargamiento a la ruptura, después del tratamiento térmico de las piezas, sean respectivamente superiores a 500 MPa y al 15%. La combinación de estas características mecánicas asegura, en caso de golpe, una energía de absorción elevada. Estas exigencias de resistencia y de alargamiento deben ser satisfactorias incluso si las velocidades de enfriamiento dentro de una herramienta puedan ser diferentes entre piezas de espesor 0, 5 mm y las de espesor de 4 mm aproximadamente. Esto permitiría por ejemplo no cambiar los reglajes de una línea industrial que comprende un calentamiento y un enfriamiento cuando se tratan sucesivamente en la línea piezas de espesor diferente, dentro de la gama de espesores indicada anteriormente.

Por otro lado, se sabe que la embutición en caliente de una pieza o el temple entre herramientas pueden conducir a deformaciones locales más o menos importantes en algunas zonas. El contacto entre la pieza y la herramienta puede ser más o menos perfecto, si bien la velocidad de enfriamiento puede no ser idéntica en cualquier punto. Estas variaciones locales en términos de porcentaje de deformación o de velocidad de enfriamiento pueden tener por consecuencia una estructura y propiedades heterogéneas en la pieza después del tratamiento térmico.

La presente invención tiene por objeto resolver los problemas mencionados anteriormente. La misma se refiere en particular en poner a disposición piezas de acero laminadas en caliente o en frío que presentan simultáneamente después de la conformación en caliente o al temple bajo herramienta una resistencia superior a 500 MPa, un alargamiento a la ruptura superior al 15%, para una gama de espesor que va del 0, 5 a 4 mm aproximadamente. La invención se refiere igualmente a poner a disposición piezas con una excelente homogeneidad de estructura y de características mecánicas, es decir cuya resistencia y alargamiento no varían en las diferentes partes de las piezas, incluso si el porcentaje de deformación local o la velocidad de enfriamiento local no fuesen uniformes en ellas durante la fabricación.

La invención se refiere igualmente a poner a disposición piezas de acero fácilmente soldables por los procedimientos de ensamblado usuales (soldadura por resistencia, arco, LASER) pudiendo la soldadura de las piezas ser realizada bien sea antes, o después de la conformación en caliente o al temple bajo herramienta.

Con este fin, la invención tiene por objeto una pieza de acero cuya composición comprende, expresándose los contenidos en peso: 0, 040% < C < 0, 100%, 0, 80% < Mn < 2, 00%, Si < 0, 30%, S < 0, 005%, P< 0, 030%, 0, 010% < Al < 0, 070%, 0, 015% < Nb < 0, 100%, 0, 030% < Ti < 0, 080%, N < 0, 009%, Cu < 0, 100%, Ni < 0, 100%, Cr < 0, 100%, Mo < 0, 100%, Ca < 0, 006%, estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración, estando la microestructura del acero constituida por al menos un 75% de ferrita equiaxial, martensita en cantidad superior o igual al 5% e inferior o igual al 20%, y bainita en cantidad inferior o igual al 10%.

La invención tiene igualmente por objeto una pieza de acero según las características indicadas anteriormente, caracterizada porque la composición del acero comprende, expresándose los contenidos en peso: 0, 050% < C < 0, 080%, 1, 20% < Mn < 1, 70%, Si < 0, 070%, S < 0, 004%, P < 0, 020%, 0, 020% < Al < 0, 040%, 0, 030% < Nb < 0, 070%, 0, 060% < Ti < 0, 080%, N < 0, 009%, Cu < 0, 100%, Ni < 0, 100%, Cr < 0, 100%, Mo < 0, 100%, Ca < 0, 005%, estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.

Según un modo particular, el tamaño medio de grano ferrítico del acero de la pieza es inferior a 6 micrómetros.

Según un modo particular, la pieza de acero está revestida por una capa aleada sobre la totalidad del espesor de esta capa. Esta capa aleada resulta de al menos un tratamiento térmico de aleación entre el acero y un prerevestimiento, siendo este último una aleación a base de zinc o de aluminio.

Según un modo preferido, la resistencia de la pieza de acero es superior o igual a 500 MPa y su alargamiento a la ruptura es superior al 15%.

La invención tiene igualmente por objeto un elemento soldado del cual una al menos de las partes es una pieza según una cualquiera de las características indicadas anteriormente.

La invención tiene igualmente por objeto un procedimiento de fabricación de una pieza de acero revestido, que comprende las etapas según las cuales se aprovisiona una chapa de acero laminada en caliente o laminada en frío con la composición indicada anteriormente, luego se realiza un pre-revestimiento de la chapa, siendo el prerevestimiento una aleación a base de zinc o de aluminio. Se corta la chapa para obtener una pieza y luego se suelda eventualmente esta pieza. Se deforma eventualmente en frío la pieza y luego se la calienta a una temperatura TR en un horno con el fin de formar, por aleación entre el acero y el pre-revestimiento, una capa aleada en la superficie de la pieza, siendo la aleación realizada por la totalidad de la capa, y con el fin de conferir una estructura totalmente austenítica en el acero. Se extrae la pieza del horno y luego se la deforma eventualmente en caliente para obtener una pieza que se enfría en condiciones adecuadas para... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Pieza obtenida por deformación y enfriamiento dentro de una herramienta, de una chapa o de una pieza de acero, pre-revestida a título opcional, cuya composición comprende, expresándose los contenidos en peso:

0, 040% < C < 0, 100% 0, 80% < Mn < 2, 00% Si < 0, 30% S < 0, 005% P<0, 030% 0, 010% < Al < 0, 070% 0, 015% < Nb < 0, 100% 0, 030% < Ti < 0, 080% N < 0, 009% Cu < 0, 100% Ni < 0, 100% Cr < 0, 100% Mo < 0, 100% Ca < 0, 006%,

estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables que resultan de la elaboración, estando la microestructura de dicho acero constituida por al menos un 75% de ferrita equiaxial, martensita en cantidad superior o igual al 5% e inferior o igual al 20%, y bainita en cantidad inferior o igual al 10%.

2. Pieza de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque la composición de dicho acero comprende, expresándose los contenidos en peso:

0, 050% < C < 0, 080% 1, 20% < Mn < 1, 70% Si < 0, 070% S < 0, 004% P<0, 020% 0, 020% < Al < 0, 040% 0, 030% < Nb < 0, 070% 0, 060% < Ti < 0, 080% N < 0, 009% Cu < 0, 100% Ni < 0, 100% Cr < 0, 100% Mo < 0, 100% Ca < 0, 005%,

estando constituido el resto de la composición por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.

3. Pieza de acero según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el tamaño medio de grano ferrítico de dicho acero es inferior a 6 micrómetros.

4. Pieza de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la indicada pieza está revestida con una capa aleada en la totalidad del espesor de la indicada capa, resultando la indicada capa aleada de al menos un tratamiento térmico de aleación entre el indicado acero y un pre-revestimiento, siendo el indicado pre-revestimiento una aleación a base de zinc o de aluminio.

5. Pieza de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque su resistencia es superior o igual a 500 MPa y su alargamiento a la ruptura es superior al 15%.

6. Objeto soldado, del cual una al menos de las partes es una pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero revestido, estando la microestructura de dicho acero constituida por al menos un 75% de ferrita equiaxial, martensita en cantidad superior o igual al 5% e inferior o igual al 20%, y bainita en cantidad inferior o igual al 10%, que comprende las etapas según las cuales:

- se aprovisiona una chapa de acero laminada en caliente o laminada en frío, con la composición según la reivindicación 1 ó 2, luego

- se realiza un pre-revestimiento de la indicada chapa, siendo el mencionado pre-revestimiento una aleación a base de zinc o de aluminio, luego

- se corta la indicada chapa para obtener una pieza, luego

- se suelda eventualmente la mencionada pieza, luego

- se deforma eventualmente en frío la indicada pieza, luego

- se calienta la indicada pieza a una temperatura TR en un horno con el fin de formar, mediante aleación entre el indicado acero y el mencionado pre-revestimiento, una capa aleada en la superficie de dicha pieza, realizándose la aleación sobre la totalidad de la indicada capa, y con el fin de conferir una estructura totalmente austenítica al indicado acero, luego

- se extrae la indicada pieza del horno, luego

- se deforma eventualmente la indicada pieza en caliente para obtener una pieza, luego

- se enfría la indicada pieza dentro de una herramienta en condiciones adecuadas para conferir una resistencia mecánica superior a 500 MPa y un alargamiento a la ruptura superior al 15% en la indicada pieza de acero.

8. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero, estando la microestructura de dicho acero constituida por al menos un 75% de ferrita equiaxial, martensita en cantidad superior o igual al 5% e inferior o igual al 20%, y bainita en cantidad inferior o igual al 10%, incluyendo las etapas según las cuales:

- se aprovisiona una chapa de acero laminada en caliente o laminada en frío, con la composición según la reivindicación 1 ó 2, luego

- se corta la indicada chapa para obtener una pieza, luego

- se suelda eventualmente la indicada pieza, luego

- se deforma eventualmente en frío la indicada pieza, luego

- se calienta la indicada pieza a una temperatura TR en un horno con el fin de conferir una estructura totalmente austenítica al indicado acero, luego

- se extrae la indicada pieza del horno, luego

- se deforma eventualmente la indicada pieza en caliente para obtener una pieza, luego

- se enfría la indicada pieza dentro de una herramienta en condiciones adecuadas para conferir: una resistencia mecánica superior a 500 MPa y un alargamiento a la ruptura superior al 15% a la indicada pieza de acero, luego

- se realiza eventualmente un revestimiento de la indicada pieza.

9. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la indicada temperatura TR se encuentra comprendida entre los 880 y los 950ºC, estando el tiempo de mantenimiento tR a la indicada temperatura comprendido entre 3 y 10 minutos.

10. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la velocidad media de enfriamiento VR entre la indicada temperatura TR y los 400ºC, se encuentra comprendida entre 30 y 80ºC/s.

11. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la velocidad media de enfriamiento VR entre la temperatura TR y los 400ºC, se encuentra comprendida entre los 35 y 60ºC/s.

12. Utilización de una pieza o de un objeto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o fabricada según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, para la fabricación de piezas de estructuras o de seguridad para vehículo terrestre a motor, para el ámbito de la maquinaria agrícola o de la construcción naval.


 

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