Procedimiento para fabricar material de partida de acero a través de deformación en caliente.

Procedimiento para la fabricación de material de partida a través de conformado en frío,

en el que un acero conlos siguientes componente en porcentaje en peso: 0,08 a 0,25% de carbono, menos de 0,6% de silicio, 0,5 a1,7% de manganeso, hasta 0,035% de fósforo, hasta 0,055% de azufre, 0,1 a 1,5% de cromo, 0,1 a 0,5% demolibdeno, 0,2 a 1,5% de níquel, hasta 0,06% de aluminio, 0,0010 a 0,006% de boro, hasta 0,04% de vanadio,hasta 0,04% de niobio, hasta 0,04% de titanio, hasta 0,5% de cobre y hasta 0,010% de nitrógeno, el resto dehierro, incluidas impurezas debidas a la fundición, a es ajustado hasta una estructura martensírtica-bainíticadesde la temperatura de conformado a través de un enfriamiento controlado.

Procedimiento para fabricar material de partida de acero a través de deformación en caliente La invención se refiere a un procedimiento para fabricar material de partida de acero a través de deformación en caliente, por ejemplo para fabricar alambre laminado y acero en barras con alta resistencia y tenacidad.

El estado de la técnica conoce una serie de procedimientos para fabricar piezas de construcción de acero con alta resistencia y elevada tenacidad. Partiendo de alambre laminado o acero en barras, son conocidos procedimientos de conformación en frío y conformación en caliente .

En la conformación en frío, las propiedades mecánicas se ajustan mediante un endurecimiento en frío en la conformación. A fin de conseguir un alta resistencia son necesarios alto grados de deformación. Esto es un gran inconveniente para la tenacidad, de forma que la conformación en frío alcanza unos límites donde la tenacidad de la pieza de construcción ya no es suficiente como resultado del endurecimiento en frío, y resulta en consecuencia una relación desfavorable entre la resistencia y la tenacidad.

A fin de alcanzar altas resistencias y elevadas tenacidades, la conformación en frío termina por ello a menudo con recocido, es decir, un calentamiento, un enfriamiento rápido y un revenido. Se utilizan aquí los llamados aceros de bonificación según DIN EN 10083, en los cuales pueden ajustarse, a través del tratamiento en caliente, resistencias de más de 1000 Mpa con estricciones de rotura de más del 45%, según el espesor de la pieza de construcción. La relación del límite de fluencia respecto a la resistencia puede ser aquí de al menos 0, 8. Un inconveniente en este tipo de porcedimientos son los altos costes para el tratamiento térmico, así como el perjuicio para el medio ambiente a través del consumo de energía y materiales adicionales.

Alternativamente respecto a los aceros de bonificación, los aceros de doble fase, sobre la base de manganeso/silicio para la producción de piezas de construcción deformadas en frío de alta resistencia a partir de material laminado, constituyen el estado de la técnica. Sin embargo, éstos aceros no son adecuados para una utilización con exigencia de resistencias mayores de 1000 Mpa y relación del límite de fluencia mayor de 0, 8; estos requieren además, a fin de ajustar una determinada resistencia y tenacidad inicial en el material de partida, una laminación termomecánica en caliente y una deformación en frío, o bien un endurecimiento en frío ajustado a esa resistencia inicial, a fin de ajustar de esa manera una esrtructura de matriz de ferrita con islas de martensita y de perlita intercaladas.

Piezas de construcción de acero de alta resistencia pueden fabricarse, partiendo de material de partida laminado en caliente, por ejemplo alambre laminado o acero en barras, además de a través de deformación en frío y en su caso de bonificado, también mediante conformación en caliente.

También las piezas fabricadas por conformación en caliente pueden recibir un tratamiento témico tras la conformación, a fin de ajustar las características mecánicas. Este es el clásico campo de aplicación de los aceros para bonificar. No obstante, dado que los mismos requieren un tratamiento térmico adicional, resultan los elevados costes citados anteriormente, y el perjuicio para el medio ambiente. A fin de evitar ese tratamiento térmico, es conocido el templado desde el calor de la forja. El mismo ahorra el calentamiento hasta la temperatura de austenitización y el enfriamiento brusco. Los aceros de baja aleación requieren no obstante un recocido final, a fin de garantizar las características exigidas de resistencia, especialmente la tenacidad necesaria.

Otra variante de material que se originan con el templado desde el calor de la forja son los llamados aceros blandos martensíticos de templado directo, con contenido de carbono hasta 0, 1%, y contenidos adaptados de cromo, boro y manganeso, los cuales pueden pasar sin un revenido. Estos aceros contienen un 0, 05% de carbono, o también 40 0, 10% de carbono en ausencia de cromo. Un inconveniente de esos aceros es que para ajustar la estructura martensítica se requiere una gran velocidad de enfriamiento. Esto requiere instalaciones adicionales en la unidad de conformado, para el templado con aceite o con agua, las cuales consumen una parte del ahorro de costes. Además, una velocidad alta de enfriamiento conduce a que las piezas complejas, o bien aquellas con grandes diferencias de espesor en las paredes, tiendan a la deformación, y la estructura, así como las características mecánicas, no sean 45 homogéneas a lo largo de la sección transversal.

Un desarrollo similar se orientó en el pasado a fabricar también piezas de construcción con estructura bainitica directamente desde calor de la forja. La estructura bainitica ha de evitar el peligro de la deformación y de diferencias de dureza como en el ajuste de una estructura martensínica blanda, ya que para una estructura bainitica son suficientes las velocidades de enfriamiento más reducidas. Así, el documento alemán de publicación 36 28 264 A1 50 describe un procedimiento para la fabricación de piezas de construcción con alta resistencia y tenacidad, por ejemplo muñones de ejes de camiones, mediante la utilización de un acero de bajo contenido en carbono con un contenido de carbono por debajo del 0, 3%, en el que las piezas constructivas, por ejemplo piezas forjadas, son enfriadas desde la temperatura de deformación hasta una estructura bainítica. No obstante, el inconveniente de ello es que la velocidad de enfriamiento ha de ser controlada de forma precisa en dependencia de la sección transversal, 55 que generalmente es diferente localmente. Para ello son necesarios complicados dispositivos de enfriamiento adaptados respectivamente a la pieza constructiva. Además, es problemático que esos aceros alcanzan elvadas resistencias, pero solamente un bajo límite elástico. De aquí que para los casos de utilización que requieran una

elevada relación del límite de fluencia respecto a la resistencia a la tracción, esos aceros no sean adecuados.

A fin de sustituir los aceros para bonificación, y el tratamiento térmico ligado a los mismos, se desarrollaron los llamados „aceros AFP“, es decir, aceros ferríticos-perlíticos de templado por precipitación (por ejemplo según DIN EN 10267) . Estos reciben sus características mecánicas a través de un enfriamiento regulado desde la temperatura de conformación en caliente, y de la precipitación de carbonitruros de los elementos titanio, vanadio y niobio. Esos aceros tienden en menor medida a la deformación que los aceros de forja martensíticos o bainíticos. No obstante, en comparación con los aceros para bonificación, poseen un menor límite elástico y una menor tenacidad. En tenacidades de 800 a 1000 Mpa se alcanzan solamente limites de elasticidad de un máximo de 600 Mpa. De aquí, para la utilización en el rango de elevadas cargas, las cuales requieren tenacidades de alrededor de 1000 Mpa con límites de elasticidad por encima de 750 Mpa, los aceros AFP convencionales no son adecuados.

Un perfeccionamiento de los aceros AFP va en la dirección de aceros para bonificación con resistencias más elevadas y mayores límites de elasticidad, junto a una buena tenacidad. Son actuales hoy en día los conceptos de aleación mejorados con vistas a una precipitación óptima de los nitruros de carbono según tamaño y composición.

Así el documento europeo de patente 1 408 131 A1 describe un acero ferrítico-perlítico bajo en carbono y templado por precipitación con 0, 12 a 0, 45% de carbono, 0, 10 a 1, 00% de silicio, 0, 50 a 1, 95% de manganeso, 0, 005 a 0, 060% de azufre, 0, 004 a 0, 050% de aluminio, 0, 004 a 0, 050% de titanio, hasta 0, 60% de cromo, hasta 0, 60% de niobio, 0, 10 hasta 0, 40% de vanadio y 0, 015 a 0, 040% de nitrógeno, el resto de hierro, incluidas impurezas debidas a la fundición.

Este acero necesita solamente, para el desarrollo de sus características mecánicas, ser enfriado desde su temperatura de conformación de 950 a 1250ºC, con una velocidad de enfriamiento de al menos 0, 2ºC/seg, por ejemplo en aire estático. No obstante, a fin de controlar de forma óptima la precipitación de los nitruros de carbono, han de mantenerse exactamente las directrices de los análisis, así como los parámetros definidos en el calentamiento hasta la temperatura de conformado y en el enfriamiento.

El documento japonés de patente 09 263 884 A describe un acero con 0, 05 a 0, 25% de carbono, 1 a 3% de manganeso, 0, 01 a 2% de silicio, 0, 01 a 0, 1% de aluminio, 0, 0004 a 0, 01% de calcio, 0, 1 a 2% de cromo, 0, 05 a 1% de cobre, 0, 1 a 1 % de molibdeno,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de material de partida a través de conformado en frío, en el que un acero con los siguientes componente en porcentaje en peso: 0, 08 a 0, 25% de carbono, menos de 0, 6% de silicio, 0, 5 a 1, 7% de manganeso, hasta 0, 035% de fósforo, hasta 0, 055% de azufre, 0, 1 a 1, 5% de cromo, 0, 1 a 0, 5% de molibdeno, 0, 2 a 1, 5% de níquel, hasta 0, 06% de aluminio, 0, 0010 a 0, 006% de boro, hasta 0, 04% de vanadio, hasta 0, 04% de niobio, hasta 0, 04%de titanio, hasta 0, 5% de cobre y hasta 0, 010% de nitrógeno, el resto de hierro, incluidas impurezas debidas a la fundición, a es ajustado hasta una estructura martensírtica-bainítica desde la temperatura de conformado a través de un enfriamiento controlado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por la utilización de un acero con un máximo respectivo de 0, 24% de carbono, 0, 020% de fósforo, 0, 045% de azufre, 1, 4% de cromo, 1, 4% de níquel, 0, 4% de molibdeno, 0, 05% de aluminio, 0, 038% de titanio, 0, 02% de vanadio, 0, 02% de niobio, 0, 3% de cobre y 0, 005% de boro, por separado o coexistiendo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por la utilización de un acero con al menos 0, 10% de carbono, 0, 3% de silicio, 1% de manganeso, 0, 2% de cromo, 0, 2% de níquel, 0, 2% de molibdeno, 0, 0015% de 15 boro y 0, 014% de titanio, por separado o coexistiendo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los contenidos de titanio, vanadio y niobio cumplen la condición:

(% Ti) + (% V) + (%Nb) = 0.001 bis 0, 2%

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el acero es ajustado en el 20 enfriamiento hasta una estructura martensítica-bainítica con un máximo de un 10% de ferrita y perlita.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el acero es enfriado en el rango entre la temperatura de conformado y 610ºC con una velocidad de al menos 0, 3°C/seg.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material de partida es conformado en frío.

8. Utilización de un material de partida, según las reivindicaciones 1 a 7, para la fabricación de alambre, piezas de chasis de automóvil y bastidores de automóvil, soportes de ruedas, brazos de suspensión, pivotes de dirección y de ruedas, de cigüeñales, bielas, cojinetes, estabilizadores y elementos de unión.

9. Utilización de un material de partida, según el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 8, para la fabricación de piezas forjadas.