Procedimiento de fabricación de acero martensítico de límite elástico muy alto y chapa o pieza obtenida de ese modo.

Procedimiento de fabricación de una chapa de acero de grosor inferior a 3 milímetros,

de estructura totalmente martensítica, con límite de elasticidad superior a 1300 MPa, que comprende las etapas sucesivas y en este orden según las cuales:

- se suministra un semi-producto de acero cuya composición comprende, estando los contenidos expresados en peso,

0,15% ≤ C ≤ 0,40%

1,5% ≤ Mn ≤ 3%

0,005% ≤ Si ≤ 2%

0,005% ≤ Al ≤ 0,1%

S ≤ 0,05%

P ≤ 0,1%

0,025% ≤ Nb ≤ 0,1%

y opcionalmente:

0,01% ≤ Ti ≤ 0,1%

0% ≤ Cr ≤ 4%

0% ≤ Mo ≤ 2%

0,0005% ≤ B ≤ 0,005%

0,0005% ≤ Ca ≤ 0,005%

estando constituido el resto de la composición de hierro y de impurezas inevitables que resultan de la elaboración,

- se recalienta el semi-producto a una temperatura T1 comprendida entre 1050 ºC y 1250 ºC, después

- se efectúa un laminado de desbaste de dicho semi-producto recalentado, a una temperatura T2 comprendida entre 1050 y 1150 ºC, con un índice de reducción ε a acumulado superior al 100% de forma que se obtenga una chapa con una estructura austenítica no totalmente recristalizada de tamaño medio de grano inferior a 40 micrómetros, después

- se refrigera no completamente dicha chapa hasta una temperatura T3 comprendida entre 970 °C y Ar3+30 °C, a una velocidad VR1 superior a 2 ºC/s, después

- se efectúa un laminado en caliente de acabado a dicha temperatura T3, de dicha chapa no completamente refrigerada, con un índice de reducción acumulado εb superior al 50% de forma que se obtenga una chapa, de grosor inferior a 3 milímetros, después

- se refrigera dicha chapa a una velocidad VR2 superior a la velocidad crítica de temple martensítico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2012/000156.

Solicitante: Arcelormittal Investigación y Desarrollo SL.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: BOUAZIZ,Olivier, ZHU,KANGYING.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B62D29/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B62 VEHICULOS TERRESTRES QUE SE DESPLAZAN DE OTRO MODO QUE POR RAILES.B62D VEHICULOS DE MOTOR; REMOLQUES (dirección o guiado de máquinas o instrumentos agrícolas según un recorrido determinado A01B 69/00; ruedas, ruedecillas pivotantes, mejora de la adherencia de ruedas B60B; neumáticos para vehículos, inflado de neumáticos, cambio o reparación de neumáticos B60C; conexiones entre vehículos de un mismo tren o de un conjunto similar B60D; vehículos raíl-carretera, vehículos anfibios o transformables B60F; disposiciones de suspensión B60G; calefacción, refrigeración, ventilación u otros dispositivos de tratamiento del aire B60H; ventanas, parabrisas, techos descapotables, puertas o dispositivos similares, cubiertas de protección para vehículos fuera de servicio B60J; disposiciones de conjuntos de propulsión, accionamientos auxiliares, transmisiones, disposición de instrumentos o tableros de a bordo B60K; equipo eléctrico o propulsión de vehículos de tracción eléctrica B60L; alimentación de energía eléctrica para vehículos de tracción eléctrica B60M; disposiciones para pasajeros no previstas en otro lugar B60N; vehículos adaptados al transporte de cargas o para llevar cargas u objetos especiales B60P; adaptación de los dispositivos de señalización o de iluminación, su montaje o soporte, circuitos a este efecto, para vehículos en general B60Q; vehículos, equipos o partes de vehículos, no previstos en otro lugar B60R; servicio,limpieza, reparación, elevación o maniobra, no previstos en otro lugar B60S; frenos, sistemas de control de frenos o partes de estos sistemas B60T; vehículos de colchón de aire B60V; ciclos de motor, sus accesorios B62J, B62K; ensayo de vehículos G01M). › Carrocerías caracterizadas por el material utilizado.
  • C21D6/00 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). › Tratamiento térmico de aleaciones ferrosas.
  • 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).
  • C21D9/46 C21D […] › C21D 9/00 Tratamiento térmico, p. ej. recocido, endurecido, revenido, temple, adaptado para artículos particulares; Sus hornos. › para láminas metálicas.
  • C22C38/00 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00).
  • C22C38/02 C22C […] › 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.
  • C22C38/22 C22C 38/00 […] › con molibdeno o tungsteno.
  • C22C38/26 C22C 38/00 […] › con niobio o tántalo.
  • C22C38/28 C22C 38/00 […] › con titanio o circonio.
  • C22C38/32 C22C 38/00 […] › con boro.
  • C22C38/38 C22C 38/00 […] › con más de 1,5% en peso de manganeso.

PDF original: ES-2551005_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de acero martensítico de límite elástico muy alto y chapa o pieza obtenida de ese modo [0001] La invención se refiere a un procedimiento de chapas de acero de grosor inferior a 3 milímetros de estructura totalmente martensítica con una resistencia mecánica superior a la que podría obtenerse por un simple tratamiento de refrigeración rápida con temple martensítico y unas propiedades de resistencia mecánica y de alargamiento que permiten su aplicación a la fabricación de piezas de absorción de energía en los vehículos automóviles.

En ciertas aplicaciones, se busca realizar unas piezas a partir de chapa de acero con resistencia mecánica muy alta. Este tipo de combinación es particularmente deseable en la industria automóvil donde se busca un aligeramiento significativo de los vehículos. Esto se puede obtener especialmente gracias a la utilización de piezas de aceros con características mecánicas muy altas cuya microestructura es totalmente martensítica. Unas piezas anti-intrusión, de estructura o que participan en la seguridad de los vehículos automóviles tales como: travesaños de parachoques, refuerzos de puerta o de montante, brazo de rueda, que necesitan por ejemplo tales características. Su grosor es preferiblemente inferior a 3 milímetros.

Se busca obtener unas chapas con una resistencia mecánica incluso superior. Es bien conocida la posibilidad de aumentar la resistencia mecánica de un acero con estructura martensítica por medio de una adición de carbono. No obstante, este contenido en carbono más elevado disminuye la capacidad de soldadura de las chapas o de las piezas fabricadas a partir de estas chapas y aumenta el riesgo de fisuración unido a la presencia de hidrógeno.

Se busca por tanto disponer de un procedimiento de fabricación de chapas de acero que no presente los inconvenientes anteriores, que estarían dotadas de una resistencia a la ruptura de más de 50 MPa a la que se podría obtener gracias a una austenitización seguida de un simple temple martensítico del acero en cuestión. Los inventores han puesto de manifiesto que, para unos contenidos en carbono que van de 0, 15 a 0, 40% en peso, la resistencia a la ruptura en tracción Rm de chapas, de aceros fabricadas por austenitización total seguida de un simple temple martensítico, solo dependía prácticamente del contenido en carbono y estaba unida a este con una precisión muy buena, según la expresión (1) : Rm (megapascales) = 3220 (C) + 908.

En esta expresión, (C) designa el contenido en carbono del acero expresado en porcentaje ponderal.

Con contenido en carbono C dado de un acero, se busca por tanto un procedimiento de fabricación que permite obtener una resistencia a la ruptura superior de 50 MPa a la expresión (1) , es decir una resistencia superior a 3220 (C) + 958 MPa para este acero. Se busca disponer de un procedimiento que permite la fabricación de chapa de límite de elasticidad muy alto, es decir superior a 1300 MPa. Se busca igualmente disponer de un procedimiento que permite la fabricación de chapas utilizables directamente, es decir sin necesidad imperativa de un tratamiento de revenido después del temple.

Estas chapas deben ser soldables por los procedimientos usuales y no constar de adiciones costosas de elementos de aleación.

La presente invención tiene como objetivo solucionar los problemas mencionados anteriormente. Tiene el objetivo en particular de poner a disposición de las chapas de grosor inferior a 3 milímetros con un límite de elasticidad superior a 1300 MPa, una resistencia mecánica en tracción, expresada en megapascales, superior a (3220 (C) +958) MPa y, preferentemente, un alargamiento total superior al 3%.

En este objetivo, la invención tiene como objeto un procedimiento de fabricación de un grosor inferior a 3 milímetros de estructura totalmente martensítica con límite de elasticidad superior a 1300 MPa, que comprende las etapas sucesivas y en este orden según las cuales:

- se suministra un semi-producto de acero cuya composición comprende, estando expresados los contenidos en 55 peso: 0, 15% C 0, 40%, 1, 5% Mn 3%, 0, 005% Si 2%, 0, 005% Al 0, 1%, S 0, 05%, P 0, 1%, 0, 025% Nb0, 1% y opcionalmente: 0, 01% Ti0, 1%, 0% Cr 4%, 0% Mo 2%, 0, 0005% B 0, 005%, 0, 0005% Ca 0, 005%, estando constituido el resto de la composición de hierro y de impurezas inevitables que resultan de la elaboración.

- se recalienta el semi-producto a una temperatura T1 comprendida entre 1050 ºC y 1250 ºC, después se efectúa un laminado de desbaste del semi-producto recalentado, a una temperatura T2 comprendida entre 1050 y 1150 ºC, con un índice de reducción a acumulado superior al 100% de forma que se obtenga una chapa con una estructura austenítica no totalmente recristalizada de tamaño medio de grano inferior a 40 micrómetros, después -se refrigera no completamente la chapa hasta una temperatura T3 comprendida entre 970 °C y Ar3+30 °C, de forma que se evite una transformación de la austenita, a una velocidad VR1 superior a 2 ºC/s, después -se efectúa un laminado en caliente de acabado a la temperatura T3, de la chapa no completamente refrigerada, con un índice de reducción acumulado b superior al 50% de forma que se obtenga una chapa, de grosor inferior a 3 milímetros, después se refrigera la chapa a una velocidad VR2 superior a la velocidad crítica de temple martensítico.

Según un modo preferido, el tamaño medio de granos austeníticos es inferior a 5 micrómetros.

Preferentemente, se somete la chapa a un tratamiento térmico ulterior de revenido a una temperatura T4 comprendida entre 150 y 600 ºC durante una duración comprendida entre 5 y 30 minutos.

La invención tiene igualmente como objeto una chapa de acero de grosor inferior a 3 milímetros no revenida de límite de elasticidad superior a 1300 MPa, obtenida por un procedimiento según uno de los modos de fabricación anteriores, de estructura totalmente martensítica, que presenta un tamaño medio de listones inferior a 1, 2 micrómetros, estando comprendido el factor de alargamiento medio de los listones entre 2 y 5.

La invención tiene incluso como objeto una chapa de acero de grosor inferior a 3 milímetros obtenida por el procedimiento con tratamiento de revenido anterior, teniendo el acero una estructura totalmente martensítica con un tamaño medio de listones inferior a 1, 2 micrómetros, estando comprendido el factor de alargamiento medio de los listones entre 2 y 5.

La composición de los aceros aplicada en el procedimiento según la invención se va a detallar ahora:

Cuando el contenido en carbono del acero es inferior al 0, 15% en peso, la templabilidad del acero es insuficiente y no es posible obtener una estructura totalmente martensítica teniendo en cuenta el procedimiento aplicado. Cuando este contenido es superior al 0, 40%, las juntas soldadas realizadas a partir de estas chapas o de estas piezas presentan una tenacidad insuficiente. El contenido óptimo en carbono para la aplicación de la invención está comprendido entre el 0, 16 y el 0, 28%.

El manganeso baja la temperatura de inicio de formación de la martensita y ralentiza la descomposición de la austenita. A fin de obtener unos efectos suficientes, el contenido en manganeso no debe ser inferior al 1, 5%. Por otro lado, cuando el contenido en manganeso supera el 3%, unas zonas segregadas se presentan en cantidad excesiva lo que afecta a la aplicación de la invención. Una gama preferencial para la aplicación de la invención es del 1, 8 al 2, 5% Mn.

El contenido en silicio debe ser superior al 0, 005% de forma que participe en la desoxidación del acero en fase líquida. El silicio no debe exceder el 2% en peso en razón de la formación de óxidos superficiales que reducen 45 notablemente la revestibilidad, en el caso en que se desearía revestir la chapa por pasaje en un baño metálico de revestimiento, especialmente por galvanización continua.

El contenido en aluminio del acero según la invención no es inferior al 0, 005% de forma que se obtenga una desoxidación suficiente del acero en el estado líquido. Cuando el contenido en aluminio es superior al 0, 1% en 50 peso, pueden aparecer unos problemas de colada. Pueden formarse igualmente unas inclusiones de alúmina en cantidad o en tamaño demasiado importantes que desempeñan una función perjudicial sobre la tenacidad.

Los contenidos en azufre y en fósforo del acero están respectivamente limitados al 0, 05 y 0, 1% para evitar una reducción de ductilidad o de la tenacidad de las piezas o de las chapas fabricadas según la invención.

El acero contiene igualmente niobio en cantidad comprendida entre el 0, 025 y el 0,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero de grosor inferior a 3 milímetros, de estructura totalmente martensítica, con límite de elasticidad superior a 1300 MPa, que comprende las etapas sucesivas y en 5 este orden según las cuales:

- se suministra un semi-producto de acero cuya composición comprende, estando los contenidos expresados en peso, 0, 15% C 0, 40%

1, 5% Mn 3% 0, 005% Si 2% 0, 005% Al 0, 1% S 0, 05%

P 0, 1% 0, 025% Nb 0, 1%

y opcionalmente:

0, 01% Ti 0, 1% 0% Cr 4% 20 0% Mo 2% 0, 0005% B 0, 005% 0, 0005% Ca 0, 005%

estando constituido el resto de la composición de hierro y de impurezas inevitables que resultan de la elaboración, -se recalienta el semi-producto a una temperatura T1 comprendida entre 1050 ºC y 1250 ºC, después -se efectúa un laminado de desbaste de dicho semi-producto recalentado, a una temperatura T2 comprendida entre 1050 y 1150 ºC, con un índice de reducción a acumulado superior al 100% de forma que se obtenga una chapa con una estructura austenítica no totalmente recristalizada de tamaño medio de grano inferior a 40 micrómetros, después -se refrigera no completamente dicha chapa hasta una temperatura T3 comprendida entre 970 °C y Ar3+30 °C, a una velocidad VR1 superior a 2 ºC/s, después -se efectúa un laminado en caliente de acabado a dicha temperatura T3, de dicha chapa no completamente refrigerada, con un índice de reducción acumulado b superior al 50% de forma que se obtenga una chapa, de grosor inferior a 3 milímetros, después -se refrigera dicha chapa a una velocidad VR2 superior a la velocidad crítica de temple martensítico.

2. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho tamaño medio de grano austenítico es inferior a 5 micrómetros.

3. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se somete dicha chapa a un tratamiento térmico ulterior de revenido a una temperatura T4, comprendida entre 150 y 600 ºC durante una duración comprendida entre 5 y 30 minutos.

4. Chapa de acero de grosor inferior a 3 milímetros, de límite de elasticidad superior a 1300 MPa, 45 obtenida por un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, de estructura totalmente martensítica, que presenta un tamaño medio de listones inferior a 1, 2 micrómetros, estando comprendido el factor de alargamiento medio de dichos listones entre 2 y 5.

5. Chapa de acero obtenida por un procedimiento según la reivindicación 3, de estructura totalmente 50 martensítica, que presenta un tamaño medio de listones inferior a 1, 2 micrómetros, estando comprendido el factor de alargamiento medio de dichos listones entre 2 y 5.


 

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