Chapa de acero laminada en caliente o en frio, su procedimiento de fabricación y su uso en la industria del automóvil.

Chapa de acero laminada en caliente o en frío, caracterizada porque su composición es,

en porcentajes ponderados:

- 0,6 % ≤ C ≤ 0,9 %;

- 17 % ≤ Mn &ñe; 22 %;

- 0,2 % ≤ Al ≤ 0,9 %;

- 0,2 % ≤ Si ≤ 1,1 %;

- con 0,85 % ≤ Al + Si ≤ 1,9 %;

- 1,2 % ≤ Cu ≤1,9 %;

- S ≤ 0,030 %;

- P ≤ 0,080 %;

- N ≤ 0,1 %;

opcionalmente

- Nb ≤ 0,25 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,070 y el 0,25 %;

- V ≤ 0,5 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,050 y el 0,5 %;

- Ti ≤ 0,5 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,040 y el 0,5 %;

- Ni ≤ 2 %;

- trazas ≤ Cr ≤ 2 %, preferentemente ≤ 1%;

- B ≤ 0,010 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,0005 % y el 0,010 %;

siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración.

Chapa de acero laminada en caliente o en frío, su procedimiento de fabricación y su uso en la industria del automóvil.

[0001] La invención se refiere a la metalurgia y, de manera más particular, a las chapas laminadas en caliente o en frío de acero hierro-manganeso susceptibles de ser utilizadas en la industria del automóvil.

[0002] Los aceros austeníticos de Fe-Mn-C se utilizan en la industria del automóvil para la realización de 10 piezas de estructura de muy alta resistencia, en forma principalmente de chapas laminadas en caliente o en frío.

Estos presentan la ventaja, en comparación con los aceros al carbono utilizados para estos mismos usos, de ser más ligeros, lo que permite obtener ahorros de energía apreciables durante el uso del vehículo. Esta familia de aceros también se denomina «aceros TWIP» (TWinning Induced Plasticity). Su resistencia mecánica es elevada (resistencia a la tracción Rm > 1000 MPa) y su ductilidad considerable (alargamiento de rotura A > 50 %). Estos 15 tienen una excelente capacidad de formación y una gran capacidad para absorber la energía en caso de choque. Esto los vuelve particularmente aptos para la fabricación de piezas de seguridad y de estructura de vehículos.

[0003] Su contenido de Mn es de al menos el 10 %, con frecuencia del orden de entre el 15 y el 35 %, su contenido de C puede llegar, por ejemplo, hasta el 1,5 %, y otros elementos tales como Al, SI, Cu, TI, VV, Mo, Cr, NI,

20 Nb, V, etc. pueden estar presentes en cantidades significativas. Estas cantidades se expresan en porcentajes en peso, al Igual que todos los contenidos citados en el texto que sigue.

[0004] Las propiedades mecánicas favorables de estos aceros son debidas a:

25 - a su estructura austenítlca estable a todas las temperaturas entre -100 y +1200 °C;

- a su índice de endurecimiento elevado (n > 0,4) debido a un fuerte índice de maclado mecánico.

[0005] A temperatura ambiente, la energía de falla de apllamlento de estos aceros es suficientemente baja como para crear una competencia entre el maclado mecánico y el deslizamiento de las dislocaciones. La densidad

30 de maclados aumentan con la deformación, el libre curso de las dislocaciones disminuye rápidamente. Este es el mecanismo que permite obtener las propiedades mecánicas favorables citadas anteriormente.

[0006] Entre los documentos que describen tales chapas, se pueden citar los siguientes.

35 [0007] El documento EP-A-1 067 203 describe las chapas de Fe-Mn fabricadas por colada directa en bandas

delgadas. Las composiciones descritas son muy grandes, en particular el contenido de Al puede ir hasta el 6 %, el contenido de Cu hasta el 5 %, el contenido de Si hasta el 2,5 %, pero tienen preferencia los bajos contenidos de Si, Al, y Cu. Estos aceros tienen propiedades mecánicas notables, dado que se respeta su procedimiento de elaboración (colada en bandas delgadas con laminado en caliente posterior, preferentemente en línea con la colada, 40 laminado en frío y recocido de recristalización). Pero la colada en bandas delgadas es un procedimiento difícil de aplicar y poco adecuado para una producción en masa, como sería deseable para los productos destinados al automóvil.

[0008] El documento WO-A-03/025240 describe chapas de Fe-Mn de alta resistencia para tubos soldados, 45 que comprenden entre el 10 y el 40 % de Mn, hasta el 2 % de C, hasta el 5 % de Si, hasta el 5 % de Al, hasta el 5 %

de Cu. Numerosos otros elementos de aleación también pueden estar presentes. Sin embargo, son preferentes los bajos contenidos de Al (menos del 0,1 % y preferentemente el 0,01 % como máximo), Cu (menos del 1 %), Si (menos del 1 %, preferentemente menos del 0,5 %), en particular para Al el cual, en contenidos elevados, tiene el riesgo de formar nitruros, y así favorecer la formación de grietas durante las transformaciones en caliente. Asimismo, 50 se le dan preferencia a los bajos contenidos de Si, porque el Si puede promover la formación de martensita durante la deformación en frío, y es desfavorable al decapado y a la soldabilidad del material.

[0009] El documento WO-A-2005/019483 describe chapas laminadas en caliente de acero Fe-C-Mn a Rm superior a 900 MPa y alargamiento de rotura elevada (Rm x A % > 45000). El contenido de C está ajustado al 0,5-

55 0,7 % y el contenido de Mn al 17-24 %. El contenido de Al se mantiene a un nivel muy bajo, del 0,050 % como máximo, nuevamente para evitar la formación de nitruros de Al. La presencia importante de Si y Cu es posible, pero particularmente no deseada.

[0010] El documento WO-A-2006/056670 describe chapas comparables a aquellas del documento anterior, 60 con contenidos de C un poco superiores (0,85-1,05 %) y contenidos de Mn más ajustados, de entre el 16 y el 19 %.

Su resistencia Rm es superior a 1200 MPa y su producto con A% es superior a 65000 MPA.%. Pero estas propiedades elevadas no se obtienen en las chapas laminadas en caliente más que a costa de una ausencia total de carburos de hierro precipitados y de un tamaño de grano promedio de 10 pm como máximo. Para este propósito, son necesarios un enfriamiento rápido después del laminado en caliente seguido por un bobinado a baja 65 temperatura (<400 °C). Y si no se respetan bien las condiciones de composición y de tratamiento, existe el riesgo de formar la cementlta en las zonas segregadas y en las juntas de los granos, lo que origina las propiedades

insuficientemente homogéneas en el producto.

[0011] El documento WO-A-2006/077301 describe chapas de acero de Fe-C-Mn laminadas en caliente, luego en frío, luego recocidas, destinadas a resistir la fisuración diferida, es decir a la aparición de fisuras posteriormente a

5 su conformación. Con este fin, se introduce en el acero uno o varios elementos que deben servir de trampas de hidrógeno, que impiden que este elemento se concentre en las juntas de los granos austeníticos. Para este propósito, se pueden utilizar V, Ti, Nb, Cr y Mo, juntos o separadamente. El V es particularmente eficaz. La composición de acero y los tratamientos térmicos están ajustados para la obtención de las propiedades mecánicas elevadas y la resistencia a la fisuración diferida deseada, en particular con el objetivo de obtener carburos cuyo 10 tamaño promedio esté comprendido entre 5 a 25 nm y situados principalmente en la posición ¡ntragranular.

[0012] El documento WO-A-2008/007192 describe chapas comparables a aquellas del documento anterior, que es más probable que sean revestidas porZn o una aleación de Zn en las condiciones que permiten la formación de una capa rica en Fe y Mn con la ¡nterfase metal-revestimiento.

[0013] El documento WO-A-93/13 233 describe chapas de Fe-Mn austeníticas con Mn = 15-35 %, C = 0- 1,5 %, preferentemente 0-0,7 %, Al = 0,1-6 %, Si < 0,6 %, con contenidos de Mn y Al situados simultáneamente en un dominio determinado. Las mismas presentan una resistencia, una capacidad de formación y una soldabilidad elevadas. Los documentos WO-A-95/26423, WO-A-97/24467 describen chapas comparables. Otros elementos

20 pueden estar presentes en intervalos de contenidos muy amplios, por ejemplo hasta el 5 % de Cu. El documento W0-A-2007/074994 describe aceros comparables (que sin embargo pueden contener solo el 5 % de Mn) destinados a ser galvanizados para mejorar su resistencia a la corrosión en medio salino.

[0014] El documento W0-A-2008/078962 describe chapas de Fe-Mn que contienen hasta el 0,5 % solamente 25 de C, y de otros elementos de los cuales posiblemente Cu hasta el 10 %. Las mismas contienen austenita residual y

martensita. Estas presentan una buena resistencia, pero su resistencia a la tracción, aunque relativamente elevada, y su alargamiento de rotura son, no obstante, inferiores a aquellos materiales anteriormente descritos.

[0015] El documento WO-A-2007/075006 describe chapas de Fe-Mn laminadas en caliente o en frío, 30 destinadas a ser revestidas y que presentan una buena calidad de superficie. Las mismas contienen el 0,2-1,5 % de

C, el 10-25 % de Mn, el 0,01-3 % de Al y el 0,005-2 % de Si.

[0016] El documento WO-A-2008/078904 describe chapas de Fe-Mn laminadas en caliente o en frío con altas propiedades mecánicas y buena calidad de la superficie, que contienen el 0,2-1,5 % de C, el 10-25 % de Mn, el 0,3-

35 3,0 % de Al y no Si.

[0017] El documento WO-A-2008/078940 describe chapas de Fe-Mn laminadas en caliente o en frío con altas propiedades mecánicas y buena calidad de la superficie, que contienen el 0,2-1,5 % de C, el 10-25 % de Mn, el 0,3- 3,0 % de Al y no Si, y al menos un elemento entre Si, Ti y Nb. Las mismas destacan por una buena capacidad de

40 absorber los choques.

1. Chapa de acero laminada en caliente o en frío, caracterizada porque su composición es, en porcentajes ponderados:

-0,6%<C<0,9%;

-17%< Mn<22%;

-0,2%<AI<0,9%;

-0,2%<S¡< 1,1 %;

10 - con 0,85 %< Al + Si <1,9%;

-1,2%<Cu<1,9%;

- S < 0,030 %;

- P < 0,080 %;

-N < 0,1 %;

opcionalmente

- Nb ^ 0,25 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,070 y el 0,25 %;

- V ^ 0,5 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,050 y el 0,5 %;

20 - Ti ^ 0,5 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,040 y el 0,5 %;

-Ni <2%;

-trazas < Cr< 2 %, preferentemente < 1%;

- B ^ 0,010 % y, preferentemente, comprendido entre el 0,0005 % y el 0,010 %;

25 siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración.

2. Chapa, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque 0,4 % < Al < 0,8 %.

3. Chapa, de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque 0,2 % < Si < 0,6 %.

4. Chapa, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque 17 % < Mn < 18 %.

5. Chapa, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el tamaño promedio

de sus granos es menor que o igual a 5 pm.

6. Chapa, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la fracción de superficie de sus carburos precipitados es menor que o igual al 1,5 %.

7. Chapa, de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque comprende un 40 revestimiento de Zn o de aleación de Zn obtenido por electrocincado.

8. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero, caracterizado porque:

- se elabora y cuela forma de una plancha un semiproducto de un acero que tiene la composición de acuerdo con 45 una de las reivindicaciones 1 a 4;

- luego se lleva el semiproducto a una temperatura comprendida entre 1100 y 1300 °C;

- después se realiza un laminado en caliente de dicho semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente, siendo la temperatura de dicho semiproducto al final del laminado de al menos 890 °C;

- después se realiza un enfriamiento rápido de dicho semiproducto laminado en caliente, a una velocidad de al 50 menos 40 °C/s, observando un retraso entre el final del laminado y el comienzo del enfriamiento tal que el punto

definido por dicho retraso y dicha temperatura de final de laminado se encuentra situado dentro de un área definida por el diagrama ABCD'E'F'A, y preferentemente ABCDEFA, tal como se muestra en la figura 1, sufriendo el metal un enfriamiento natural en el área libre durante dicho retraso;

- seguidamente, se bobina dicha chapa laminada en caliente a una temperatura menor que o igual a 580 °C.

9. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque se desbobina dicha chapa laminada en caliente bobinada, y se le aplica al menos un ciclo de laminado en frío/recocido para obtener una chapa laminada en frió.

60 10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque después de dicho o de

dichos ciclos de laminado en frío/recocido, se le aplica a dicha chapa laminada en frío una deformación en frío a un índice de reducción menor que o igual al 30 %.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque dicha deformación en frío 5 se realiza por un procedimiento elegido entre un laminado de endurecimiento, un aplanado bajo tracción en fíexión

alternada y un estiramiento simple.

12. Uso en la industria del automóvil de una chapa laminada en caliente o en frío de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la chapa se utiliza en condiciones susceptibles de provocar una corrosión bajo tensión.