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BR112019025123A2 - chapa de aço, peças, métodos para a fabricação de uma chapa e para a fabricação de uma peça e uso de uma peça - Google Patents

chapa de aço, peças, métodos para a fabricação de uma chapa e para a fabricação de uma peça e uso de uma peça Download PDF

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BR112019025123A2
BR112019025123A2 BR112019025123-5A BR112019025123A BR112019025123A2 BR 112019025123 A2 BR112019025123 A2 BR 112019025123A2 BR 112019025123 A BR112019025123 A BR 112019025123A BR 112019025123 A2 BR112019025123 A2 BR 112019025123A2
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BR
Brazil
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steel
sheet
plate
aluminum
rolled
Prior art date
Application number
BR112019025123-5A
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Inventor
Sebastian Cobo
Christian Allely
Martin Beauvais
Anis AOUAFI
Emmanuel LUCAS
Original Assignee
Arcelormittal
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Publication date
Application filed by Arcelormittal filed Critical Arcelormittal
Publication of BR112019025123A2 publication Critical patent/BR112019025123A2/pt
Publication of BR112019025123B1 publication Critical patent/BR112019025123B1/pt

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Abstract

A invenção refere-se a uma chapa de aço laminada, para endurecimento por prensagem, cuja composição química compreende em porcentagem em peso: 0,24% = C = 0,38%, 0,40% = Mn = 3% , 0,10% = Si = 0,70%, 0,015% = Al = 0,070%, 0% = Cr = 2%, 0,25% = Ni = 2%, 0,015% = Ti = 0,10%, 0% = Nb = 0,060%, 0,0005% = B = 0,0040%, 0,003% = N = 0,010%, 0,0001% = S = 0,005%, 0,0001% = P = 0,025%, em que os teores de titânio e nitrogênio satisfazem: Ti/N > 3,42, e os teores de carbono, manganês, cromo e silício satisfazem: sendo que a composição química inclui opcionalmente um ou mais dentre os seguintes elementos: 0,05% = Mo = 0,65%, 0,001% = W = 0,30%, 0,0005% = Ca = 0,005%, em que o restante é ferro e impurezas inevitáveis resultantes da preparação, sendo que a chapa tem um teor de níquel Nisurp em qualquer ponto do aço próximo à superfície da dita chapa ao longo de uma profundidade ¿, de modo que: Nisurp > Ninom, sendo que Ninom denota o teor nominal de níquel do aço, e de modo que, em que Nimax denota o teor máximo de níquel em ¿: x (¿) = 0,6, e de modo que: = 0,01 e a densidade de superfície de todas as partículas Di e a densidade de superfície das partículas D(¿2µm) maiores que 2 micrômetros satisfaçam, pelo menos a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à superfície da dita chapa: Di + 6,75 D(¿2µm) ¿ 270, sendo que Di e D(¿2µm) são expressos como um número de partículas por milímetro quadrado, e sendo que as ditas partículas denotam todos os óxidos, sulfetos e nitretos, puros ou combinados, tal como oxissulfetos e carbonitretos, presentes na matriz de aço.

Description

“CHAPA DE AÇO, PEÇAS, MÉTODOS PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA E PARA A FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA E USO DE UMA PEÇA” CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A invenção refere-se a chapas de aço projetadas para obter peças com resistibiidade mecânica muito alta após o endurecimento por prensagem. Sabe-se que endurecimento por prensagem envolve o aquecimento de blocos brutos de aço a uma temperatura suficiente para obter transformação austenítica, em seguida, a estampagem a quente dos blocos brutos retendo-os na ferramenta de prensagem para obter microestruturas de arrefecimento brusco. De acordo com uma variante do processo, pré-estampagem a frio pode ser realizada previamente nos blocos brutos antes do aquecimento e endurecimento por prensagem. Esses blocos brutos podem ser pré-revestidos, por exemplo, com ligas de alumínio ou zinco. Nesse caso, durante o aquecimento em uma fornalha, o pré-revestimento é combinado por difusão com o substrato de aço para formar um composto que protege a superfície da peça contra descarbonetação e formação de incrustações. Esse composto é adequado para formação a quente.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] As peças obtidas dessa forma são usadas como elementos estruturais em veículos a motor para fornecer funções anti-intrusão ou de absorção de energia. Exemplos de aplicações incluem travessões centrais do para-choque, reforços de porta ou coluna central ou trilhos laterais. Tais peças endurecidas por prensagem também podem ser usadas, por exemplo, na fabricação de ferramentas ou peças para maquinário agrícola.
[003] Os requisitos para reduzir o consumo de combustível de veículos a motor estão direcionando esforços para uma redução ainda maior do peso do veículo com o uso de peças com um nível ainda mais alto de resistibilidade mecânica, em outras palavras, com uma resistibiidade Rm superior a 1.800 MPa. Entretanto, tal nível de resistência é geralmente associado a uma microestrutura que é total ou quase completamente martensítica. Sabe- se que esse tipo de microestrutura tem uma resistência menor ao craqueamento tardio: após o endurecimento por prensagem, é possível que as peças fabricadas possam, de fato, rachar ou fraturar após certa quantidade de tempo.
[004] A publicação nº WO2016016707 revela um método para a fabricação de peças e uma chapa de aço laminada para endurecimento por prensagem que resulta simultaneamente em uma resistibilidade mecânica muito alta Rm maior ou igual a 1.800 MPa, uma alta resistência ao craqueamento tardio após o endurecimento por prensagem e uma ampla faixa de espessura em chapas laminadas a frio. Para alcançar isso, o teor de níquel da composição química da chapa está entre 0,25% e 2% e é concentrado na superfície da chapa ou da peça em uma forma específica. Tal enriquecimento com níquel fornece uma barreira para a penetração de hidrogênio e, assim, retarda a difusão de hidrogênio.
[005] Mais especificamente, a chapa de aço na publicação nº WO2016016707 tem uma composição química que inclui, sendo que os teores são expressos em peso: 0,24% < C < 0,38%, 0,40% < Mn < 3%, 0,10% < Si <0,70%, 0,015% < Al < 0,070%, 0% < Cr <€ 2%, 0,25% < Ni < 2%, 0,015% < Ti < 0,10%, 0% < Nb < 0,060%, 0,0005% < B < 0,0040%, 0,003% < N < 0,010%, 0,0001% < S < 0,005%, 0,0001% < P < 0,025%, compreendendo-se que os teores de titânio e nitrogênio satisfazem: Ti/N >3,42, e que os teores de carbono, 260+ E Tr E>11% manganês, cromo e silício satisfazem: 5,8 13 15 , sendo que a composição química inclui opcionalmente um ou mais dentre os seguintes elementos: 0,05% < Mo < 0,65%, 0,001% < W < 0,30%, 0,0005% < Ca < 0,005%, em que o restante é ferro e impurezas inevitáveis resultantes do processamento, sendo que a chapa contém um teor de níquel Nisurr em qualquer ponto do aço próximo à superfície da dita chapa a uma profundidade A, de modo que: Nisurp > Ninom, sendo que Ninom denota o teor nominal de níquel de aço, e de modo que, Nina + Niron) em que Nimax denota o teor máximo de níquel em À: 2 x(0)>206, Nin — Nirom) de modo que: A > 0,01, sendo que a profundidade A é expressa em micrômetros, sendo que o teor de Nimax € Ninom é expresso em porcentagens em peso.
[006] Além disso, a publicação nº WO2016016707 revela um método para a fabricação de uma chapa de aço laminada a quente que inclui uma etapa na qual as placas são aquecidas a uma temperatura entre 1.250 ºC e 1.300 ºC por um tempo de retenção entre 20 minutos e 45 minutos. Essa faixa específica de temperatura de aquecimento de placa e o tempo de retenção asseguram a difusão de níquel para a interface entre a camada de óxido formada e o substrato de aço, resultando na aparência da camada enriquecida com níquel.
[007] As peças de aço obtidas com o uso da composição química e do método revelados na publicação nº WO2016016707 são particularmente adequadas, devido a sua resistibilidade muito alta, para a fabricação de peças anti-intrusão para veículos a motor.
[008] Certas peças ou porções de peças de componentes estruturais de veículos a motor devem ter uma funcionalidade preferencial em relação à sua capacidade para absorver energia, em particular, no caso de impacto. Esse é particularmente o caso de trilhos laterais e partes inferiores de reforços de colunas centrais.
[009] A publicação nº WO2017006159 revela uma chapa de aço e um método de fabricação associado que produz uma chapa de aço que tem ductilidade muito boa caracterizada por um ângulo de flexão maior que 80º.
[010] As peças resultantes são adequadas para formar particularmente elementos estruturais resistentes ao impacto ou peças de elementos estruturais de veículos a motor. Entretanto, a resistibilidade mecânica da chapa de aço na publicação nº WO2017006159 está bem abaixo de 1.800 MPa, o que não satisfaz os mais altos requisitos em termos de propriedades anti- intrusão.
[011] Portanto, alguns elementos estruturais de veículos a motor que têm, ao mesmo tempo, uma peça em que a funcionalidade preferencial é resistibilidade mecânica e outra peça em que a funcionalidade preferencial é absorção de energia podem ser produzidos, por exemplo, por soldagem a uma peça obtida de acordo com a publicação nº WO2016016707 e uma peça obtida de acordo com a publicação nº WO2017006159.
[012] Entretanto, a soldagem requer uma operação de fabricação adicional para as peças, o que aumenta os custos e o tempo de fabricação. Além disso, deve-se garantir que essa soldagem não reduza a resistência da peça final na área ao redor da solda, o que requer controle preciso dos parâmetros de soldagem. Há, portanto, uma necessidade de produzir, em uma única peça, os elementos estruturais que combinam as funcionalidades de alta resistibilidade mecânica e alta capacidade de absorção de energia.
[013] Também há uma necessidade de peças estampadas a quente com ductibilidade satisfatória, em outras palavras, com um ângulo de flexão de 50º ou superior.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[014] É por esse motivo que o objetivo principal da invenção é produzir uma chapa de aço tanto com altas resistibilidades mecânicas, caracterizada por resistência à tração Rm superior a 1.800 MPa, quanto com ductibilidade melhorada. Essas duas características são, a priori, difíceis de conciliar, visto que é bem conhecido que um aumento na resistibilidade mecânica geralmente leva a uma diminuição na ductibilidade.
[015] Outra propriedade desejável para peças de segurança e componentes estruturais de veículos a motor é a redução da suscetibilidade a várias formas de danos com hidrogênio, incluindo corrosão sob estresse, em ambientes tanto aquosos como salinos.
[016] Por esse motivo, a invenção também tem como finalidade produzir uma chapa de aço com melhor resistência à corrosão sob estresse.
[017] Para essa finalidade, a chapa de aço laminada da invenção destinada a ser endurecida por prensagem é essencialmente caracterizada por sua composição química incluir, em que os teores são expressos em peso: 0,24% < C < 0,38% e 0,40% < Mn < 3%, ou 0,38% < C < 0,43% e 0,05% < Mn < 0,4% 0,10% < Si € 1,70% 0,015% < Al < 0,070% 0% < Cr < 2% 0,25% < Ni < 2% 0,015% < Ti € 0,10% 0% < Nb < 0,060% 0,0005% < B < 0,0040% 0,003% < N < 0,010% 0,0001% < S < 0,005% 0,0001% < P < 0,025% compreendendo-se que os teores de titânio e nitrogênio satisfazem: Ti/N >3,42, e os teores de carbono, manganês, cromo e silício satisfazem: 260, E Er, 21,1% 5,8 13 15 sendo que a composição química inclui opcionalmente um ou mais dentre os seguintes elementos:
0,05% < Mo < 0,65%
0,001% < W < 0,30%
0,0005% < Ca < 0,005%
sendo que o restante é ferro e impurezas inevitáveis resultantes do processamento,
sendo que a dita chapa tem um teor de níquel Nisur em qualquer ponto do aço próximo à superfície da dita chapa ao longo de uma profundidade A, de modo que:
Nisurp > Ninom,
sendo que Ninom denota o teor nominal de níquel do aço,
e de modo que Nimax denote o teor máximo de níquel em A:
Nim + Ninom) 2 x(8)>06, e de modo que: Nin — Ninonm) A >00 sendo que a profundidade A é expressa em micrômetros,
sendo que os teores de Nimax E Ninon São expressos em porcentagens em peso,
e de modo que a densidade de superfície de todas as partículas Di e a densidade de superfície das partículas Dr2um) maiores que 2 micrômetros satisfaçam, pelo menos a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à superfície da dita chapa:
Di + 6,75 Dr2um) < 270 sendo que Di e Dr>2ym) são expressos como o número de partículas por milímetro quadrado, e sendo que as ditas partículas denotam todos os óxidos, sulfetos, nitretos puros ou combinados, tais como oxissulfetos e carbonitretos, presentes na matriz de aço.
[018] A chapa de aço laminada da invenção também pode ter as seguintes características opcionais consideradas separadamente ou em todas as combinações técnicas possíveis: - a composição inclui, em peso: 0,39% < C < 0,43% 0,09% < Mn < 0,11% - a composição inclui, em peso: 0,95% < Cr € 1,05% - a composição inclui, em peso: 0,48% < Ni < 0,52%.
- a composição inclui, em peso: 1,4% < Si < 1,70% - a microestrutura da chapa de aço é ferrítica-perlítica.
- a chapa de aço é uma chapa laminada a quente.
- a chapa de aço é uma chapa laminada a frio e recozida.
- a chapa de aço é pré-revestida com uma camada metálica de alumínio ou liga de alumínio ou à base de alumínio.
- a chapa de aço é pré-revestida com uma camada metálica de Zinco ou liga de zinco ou à base de zinco.
- a chapa de aço é pré-revestida com uma ou mais camadas de ligas intermetálicas que contêm alumínio e ferro, e opcionalmente silício, sendo que o pré-revestimento não contém fase 75 do tipo Fe3SizAl12 e fase 7 6 do tipo Fe2Si2Als livres de alumínio.
[019] A invenção também se refere a uma peça obtida por meio de endurecimento por prensagem de uma chapa de aço que tem uma composição de acordo com qualquer uma das realizações mencionadas acima de estrutura martensítica ou martensítica-bainítica, que tem resistibilidade mecânica Rm maior ou igual a 1.800 MPa, e de modo que a densidade de superfície de todas as partículas Di e a densidade de superfície das partículas Dr>2um) maiores que 2 micrômetros satisfaçam, pelo menos a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à superfície da dita chapa: Di + 6,75 Dr>2um) < 270 sendo que Die Dr>2um) são expressos em número de partículas por mm?.
[020] A peça de acordo com a invenção também pode incluir as seguintes características adicionais consideradas individualmente ou em todas as combinações técnicas possíveis: - a peça tem um ângulo de flexão maior que 50º na direção de laminação.
- os teores de manganês, fósforo, cromo, molibdênio e da peça satisfazem: [455Exp(-0,5 [Mn+25P] ) + [390Cr + 50Mo] + 7Exp(1,3Si)] [6 — 1,22x10º o,º] [Cscc] > 750 sendo que o limite de elasticidade o, está entre 1.300 MPa e 1.600 MPa, e sendo que Cscc é igual a 1 para uma chapa não revestida e igual a 0,7 para uma chapa revestida.
- os teores de manganês, fósforo, cromo, molibdênio e silício satisfazem: [455Exp(-0,5 [Mn+25P] ) + [390Cr + 50Mo] + 7Exp(1,3Si)] [6 — 1,22x10º o/º] [Cscc] 2 1.100 - a peça contém um teor nominal de níquel Ninom, caracterizada por o teor de níquel Nisurp no aço próximo à superfície ser maior que Ninom a uma profundidade A e, em que Nimax denota o teor máximo de níquel em A: Nim + Ninom) 2 x(0)>0,6,
e: Nin — Ninom) A 20,01 sendo que a profundidade A é expressa em micrômetros, sendo que os teores de Nimax E Ninom São expressos em porcentagens em peso.
- a peça é revestida com um alumínio ou liga à base de alumínio, ou um zinco ou liga à base de zinco resultante da difusão entre o substrato de aço e o pré-revestimento durante o tratamento térmico de endurecimento por prensagem
[021] Ainvenção também se refere a um método para a fabricação de uma chapa de aço laminada a quente que inclui as etapas sucessivas de: - produzir um aço líquido ao qual manganês, silício, nióbio e cromo são adicionados, sendo que as adições são realizadas em uma câmara de vácuo, em seguida, - dessulfurizar o metal líquido sem aumentar seu teor de nitrogênio, em seguida, - adicionar titânio, sendo que as ditas adições são realizadas de modo a obter um metal líquido da composição química conforme anteriormente definida, em seguida, - moldar um produto semiacabado, em seguida, - aquecer o dito produto semiacabado a uma temperatura entre
1.250 ºC e 1.300 ºC por um período de retenção nessa temperatura entre 20 minutos e 45 minutos, em seguida, - laminar a quente o dito produto semiacabado a uma temperatura final de laminação TFL entre 825 ºC e 950 ºC para obter uma chapa laminada a quente, em seguida, - enrolar a dita chapa laminada a quente a uma temperatura entre
500 “ºC e 750 ºC para obter uma chapa laminada a quente e enrolada, em seguida, - decapar a camada de óxido formada nas etapas anteriores.
A invenção também se refere a um método para a fabricação de uma chapa de aço laminada a quente, em seguida, laminada a frio e recozida que inclui especificamente as etapas sucessivas de: - fornecer uma chapa laminada a quente, enrolada e decapada fabricada por meio do método mencionado acima, em seguida, - laminar a frio a dita chapa laminada a quente, enrolada e decapada para obter uma chapa laminada a frio, em seguida, - recozer a uma temperatura entre 740 ºC e 820 “ºC a dita chapa laminada a frio para obter uma chapa laminada a frio e recozida.
[022] A invenção também se refere a um método para a fabricação de uma chapa pré-revestida, de acordo com o qual uma chapa laminada fabricada em conformidade com qualquer um dos dois processos anteriormente definidos é fornecida, em seguida, um pré-revestimento contínuo é realizado por imersão, sendo que o dito pré-revestimento é alumínio ou uma liga de alumínio ou liga à base de alumínio, ou zinco ou uma liga de zinco ou liga à base de zinco.
[023] A invenção também se refere a um método para a fabricação de uma chapa pré-revestida e pré-ligada, de acordo com o qual: - uma chapa laminada é fornecida em conformidade com qualquer um dos dois processos anteriormente definidos, em seguida, um pré- revestimento contínuo é realizado com uma liga de alumínio ou liga à base de alumínio temperada, em seguida, - um pré-tratamento térmico da dita chapa pré-revestida é realizado de modo que o pré-revestimento não contenha mais fase 7 5 do tipo FesSi2Al12 e Te do tipo Fe2SizAls livres de alumínio.
[024] A invenção também se refere a um método para a fabricação de uma peça endurecida por prensagem conforme anteriormente definida que inclui as etapas sucessivas de: - fornecer uma chapa fabricada por meio de um método, tal como aqueles anteriormente definidos, em seguida, - cortar a dita chapa para obter um bloco bruto, em seguida, - realizar, opcionalmente, uma etapa de formação por meio de estampagem a frio do dito bloco bruto, em seguida, - aquecer o dito bloco bruto a uma temperatura entre 810 ºC e 950 ºC para obter uma estrutura totalmente austenítica no aço, em seguida, - transferir o bloco bruto para uma prensa, em seguida, - estampar a quente o dito bloco bruto para obter uma peça, em seguida, - reter a dita peça na prensa para obter endurecimento por meio de transformação martensítica da dita estrutura austenítica.
[025] Finalmente, a invenção se refere ao uso de uma peça endurecida por prensagem conforme anteriormente descrita, ou fabricada de acordo com o método de fabricação para uma peça endurecida conforme anteriormente definida, para a fabricação de peças estruturais ou de reforço para veículos a motor.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[026] Outras características e vantagens da invenção aparecerão durante a descrição abaixo, fornecida como um exemplo e realizada com referência às seguintes Figuras anexas: - a Figura 1 mostra a densidade de superfície de todas as partículas como uma função da densidade de superfície de partículas de tamanho médio maiores que 2 micrômetros para peças estampadas a quente, sendo que tem uma resistência à tração maior que 1.800 MPa sob cinco condições de teste, - a Figura 2 mostra o ângulo de flexão de peças estampadas a quente que têm uma resistência à tração maior que 1.800 MPa, como uma função de um parâmetro que quantifica a densidade de partículas presentes em peças estampadas a quente. Esse parâmetro depende da densidade de superfície de todas as partículas, bem como da densidade de partículas de tamanho médio maiores que 2 micrômetros; estas foram avaliadas para as mesmas cinco condições de teste, e - a Figura 3 mostra a densidade de superfície de partículas como uma função do tamanho de partícula para as cinco condições de teste.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[027] A espessura da chapa de aço usada no método da invenção está, de preferência, entre 0,5 mm e 4 mm, uma faixa de espessura usada, em particular, na fabricação de peças estruturais ou de reforço para a indústria automotiva. Esta pode ser obtida por laminação a quente ou por laminação a frio e recozimento subsequentes. Essa faixa de espessura é adequada para ferramentas industriais de endurecimento por prensagem, particularmente, prensas de estampagem a quente.
[028] Vantajosamente, o aço contém os seguintes elementos, em que a composição é expressa em peso: - um teor de carbono entre 0,24% e 0,38% quando o teor de manganês estiver entre 0,4% e 3%. O carbono desempenha um papel importante na capacidade para arrefecimento brusco e resistibilidade mecânica obtidas após o resfriamento depois do tratamento de austenitização. Abaixo de um teor de 0,24% em peso, uma resistibilidade mecânica de 1.800 MPa não pode ser alcançada após o endurecimento por meio de endurecimento por prensagem, sem a adição de elementos dispendiosos. Acima de um teor de 0,38% em peso, para um teor de manganês entre 0,4% e 3%, o risco de craqueamento tardio aumenta e a temperatura de transição dúctil/frágil, medida com o uso de testes de flexão com entalhe do tipo Charpy, pode ficar acima de
-40 ºC, o que reflete uma diminuição excessiva na dureza. Um teor de carbono entre 0,32% e 0,36% em peso resulta na obtenção das propriedades-alvo de uma maneira estável, mantendo soldabilidade em um nível satisfatório e limitando os custos de produção. A soldabilidade por pontos é particularmente boa quando o teor de carbono está entre 0,24% e 0,38%.
- um maior teor de carbono entre 0,38% e 0,43% quando o teor de manganês é reduzido para entre 0,05% e 0,4% para obter uma peça de aço com resistência aumentada à corrosão sob estresse. De preferência, o teor de carbono está entre 0,39% e 0,43% para um teor de manganês entre 0,09% e 0,11%. A redução no teor de manganês é, assim, compensada pelo aumento no teor de carbono, enquanto fornece à peça de aço uma alta resistência à corrosão Sob estresse.
[029] Conforme discutido abaixo, o teor de carbono deve também ser definido em conjunto com os teores de manganês, cromo e silício.
[030] Além de seu papel como um desoxidante, o manganês desempenha um papel na capacidade para arrefecimento brusco.
- pode-se, assim, prever, quando o teor de carbono estiver entre 0,24% e 0,38%, que o teor de manganês deve ser maior que 0,40% em peso para obter uma temperatura suficientemente baixa Ms no início da transformação (austenita — martensita) durante o resfriamento por prensagem, o que serve para aumentar a resistência Rm. A limitação do teor de manganês a 3% resulta no aumento da resistência ao craqueamento tardio. O manganês segrega nas juntas austeníticas de grãos e aumenta o risco de falha intergranular na presença de hidrogênio. Por outro lado, conforme explicado abaixo, a resistência ao craqueamento tardio se deve, em particular, à presença de uma camada superficial enriquecida com níquel. Sem estar vinculado a uma teoria, acredita- se que, quando o teor de manganês for excessivo, uma camada de óxido espessa possa se formar quando as placas são aquecidas, de modo que o níquel não tenha tempo para se difundir suficientemente de modo a estar localizado abaixo dessa camada de óxidos de ferro e manganês.
- Alternativamente, espera-se um menor teor de manganês entre 0,05% e 0,4% juntamente com um maior teor de carbono entre 0,38% e 0,43%. A diminuição do teor de manganês resulta em chapas e peças com melhor resistência à corrosão alveolar e, assim, melhor resistência à corrosão sob estresse. A manutenção da alta resistibiidade mecânica é alcançada aumentando-se significativamente o teor de carbono.
[031] O teor de manganês é, de preferência, definido em conjunto com o teor de carbono e, opcionalmente, com o teor de cromo: - quando o teor de carbono estiver entre 0,32% e 0,36% em peso, em combinação com um teor de Mn entre 0,40% e 0,80% e um teor de cromo entre 0,05% e 1,20%, isso resulta, simultaneamente, em excelente resistência ao craqueamento tardio devido à presença de uma camada superficial particularmente eficaz enriquecida com níquel e propriedades mecânicas de corte muito boas das chapas. O teor de Mn está idealmente entre 0,50% e 0,70% a fim de combinar a alta resistibiidade mecânica com a resistência ao craqueamento tardio.
- quando o teor de carbono estiver entre 0,24% e 0,38%, em combinação com um teor de manganês entre 1,50% e 3%, a soldabilidade por pontos é particularmente boa.
- quando o teor de carbono estiver entre 0,38% e 0,43%, em combinação com um teor de manganês entre 0,05% e 0,4% e, com mais preferência, entre 0,09% e 0,11%, a resistência à corrosão sob estresse é bastante aumentada, conforme será observada.
[032] Essas faixas de composição resultam em uma temperatura Ms desde o início da transformação até o resfriamento (austenita—martensita) entre aproximadamente 320 “ºC e 370 “ºC, o que possibilita garantir que as peças endurecidas a quente tenham uma resistência suficientemente alta.
- o teor de silício do aço deve estar entre 0,10% e 1,70% em peso: um teor de silício maior que 0,10% resulta em endurecimento adicional e contribui para a desoxidação do aço líquido. O teor de silício pode ser aumentado para 1,70%, enquanto se evita a presença de óxidos superficiais excessivos que poderiam afetar a deposição do revestimento. Entretanto, esse aumento no teor de silício requer operações de decapagem na bobina laminada a quente e a sujeição da chapa a uma atmosfera de tratamento de recozimento adequada para limitar a formação de óxidos.
[033] Para um teor de carbono entre 0,24% e 0,38%, o teor de silício está, de preferência, acima de 0,50%, a fim de evitar o amolecimento da martensita fresca, que pode ocorrer quando a peça é retida na ferramenta de prensagem após a transformação martensítica.
[034] Para um teor de carbono entre 0,38% e 0,43% e um teor de manganês entre 0,05% e 0,4%, o teor de silício está, de preferência, entre 0,10% e 1,70% com o propósito de reduzir a taxa de alveolamento por corrosão, o que aumenta a resistência à corrosão sob estresse.
[035] O teor de silício pode ser aumentado para 1,70%, desde que os outros elementos em liga presentes no aço permitam que uma temperatura de transformação Ac3 mediante o aquecimento (ferrita+pearlita — austenita) menor que 880 ºC seja alcançada, a fim de ser compatível com práticas industriais comuns para austenitização antes da etapa de prensagem a quente - em quantidades maiores ou iguais a 0,015%, o alumínio é um elemento que promove a desoxidação no metal líquido durante a produção e a precipitação de nitrogênio. Quando seu teor for maior que 0,070%, aluminatos grosseiros podem ser formados durante a produção, o que tende a reduzir a ductibilidade. Idealmente, seu teor está entre 0,020% e 0,060% - cromo aumenta a capacidade para arrefecimento brusco e contribui para a obtenção da resistência à tração mecânica Rm no nível desejado após o endurecimento por prensagem. Além de um teor igual a 2% em peso, o efeito do cromo na homogeneidade das propriedades mecânicas na peça endurecida por prensagem é saturado. Em quantidades, de preferência, entre 0,05% e 1,20%, esse elemento contribui para o aumento de resistência. Para um teor de carbono entre 0,24% e 0,38%, uma adição de cromo entre 0,30% e 0,50% é preferencial para obter os efeitos desejados na resistibilidade mecânica e no craqueamento tardio, enquanto limita os custos de adição. Quando o teor de manganês for adequado, em outras palavras, estiver entre 1,50% e 3% de Mn, a adição de cromo é considerada opcional, sendo que a capacidade para arrefecimento brusco obtida através do manganês é considerada adequada.
[036] Alternativamente, para um teor de carbono entre 0,38% e 0,43%, um aumento de teor de cromo maior que 0,5% e, com mais preferência, entre 0,950% e 1,050% é preferencial, a fim de aumentar a resistência à corrosão alveolar e, assim, a resistência à corrosão sob estresse.
[037] Além das condições para cada um dos elementos C, Mn, Cr, Si definidos acima, esses elementos são especificados conjuntamente de acordo 26C+ Mo + &, s com o parâmetro P1 = 53 13 15
[038] Conforme explicado na publicação nº WO2016016707, sob essas condições, a fração autotemperada de martensita, sob a condição de ser retida na ferramenta de prensagem, é extremamente limitada, de modo que uma quantidade muito grande de martensita não recozida resulte em um alto valor de resistibilidade mecânica. Quando um valor de resistência à tração Rm maior ou igual a 1.800 MPa for desejado, demonstrou-se que o parâmetro P1 > 1,1 - Titânio tem uma forte afinidade com nitrogênio. Considerando-se o teor de nitrogênio dos aços da invenção, o teor de titânio deve ser maior ou igual a 0,015%, a fim de obter precipitação eficaz. Em quantidades maiores que
0,020% em peso, o titânio protege o boro, de modo que esse elemento em sua forma livre tenha seu efeito total sobre a capacidade para arrefecimento brusco. Seu teor deve estar acima de 3,42 N, sendo que essa quantidade é definida pela estequiometria de precipitação de TiN, a fim de evitar a presença de nitrogênio livre. Acima de 0,10%, no entanto, há um risco de que nitretos de titânio grosseiros sejam formados no aço líquido, o que tem um efeito prejudicial na dureza. O teor de titânio está, de preferência, entre 0,020% e 0,040%, de modo a formar nitretos finos que limitam o crescimento de grãos austeníticos quando os blocos brutos são aquecidos antes da prensagem a quente.
- em quantidades maiores que 0,010% em peso, o nióbio forma carbonitretos de nióbio, o que também pode limitar o crescimento de grãos austeníticos quando os blocos brutos são aquecidos. Entretanto, seu teor deve ser limitado a 0,060%, devido a sua capacidade para limitar a recristalização durante a laminação a quente, o que aumenta os esforços de laminação e a dificuldade de fabricação. Efeitos ideais são obtidos quando o teor de nióbio está entre 0,030% e 0,050%.
- em quantidades maiores que 0,0005% em peso, o boro aumenta bastante a capacidade para arrefecimento brusco. Difundindo-se nas juntas de grãos austeníticos, o mesmo exerce uma influência favorável ao impedir a segregação intergranular de fósforo. Acima de 0,0040%, esse efeito é saturado.
- um teor de nitrogênio acima de 0,003% resulta na precipitação de TiN, Nb(CN) ou (Ti,Nb)(CN) mencionada acima, a fim de limitar o crescimento do grão austenítico. Entretanto, o teor deve ser limitado a 0,010%, a fim de evitar a formação de precipitados grosseiros.
- opcionalmente, a chapa pode conter molibdênio em quantidades entre 0,05% e 0,65% em peso: esse elemento forma uma coprecipitação com nióbio e titânio. Esses precipitados são muito estáveis ao calor, reforçando a limitação do crescimento do grão austenítico durante o aquecimento. Um efeito ideal é obtido para um teor de molibdênio entre 0,15% e 0,25%.
- Opcionalmente, o aço também pode conter tungstênio em quantidades entre 0,001% e 0,30% em peso. Nas quantidades indicadas, esse elemento aumenta a temperabilidade e a susceptibilidade ao endurecimento através da formação de carburetos.
- Opcionalmente, o aço também pode conter cálcio em quantidades entre 0,0005% e 0,005%: combinando-o com oxigênio e enxofre, o cálcio impede a formação de grandes inclusões que são prejudiciais à ductibilidade das chapas ou das peças assim fabricadas.
- em quantidades excessivas, o enxofre e o fósforo levam a um aumento da fragilidade. Por esse motivo, o teor de enxofre em peso é limitado a 0,005%, a fim de evitar formação excessiva de sulfeto. Entretanto, um teor extremamente baixo de enxofre, em outras palavras, menor que 0,001%, é desnecessariamente dispendioso, desde que não forneça qualquer benefício adicional.
[039] Por motivos similares, o teor de fósforo está entre 0,001% e 0,025% em peso. Em quantidades excessivas, esse elemento segrega nas juntas austeníticas de grãos e aumenta o risco de craqueamento tardio devido à fratura intergranular - níquel é um elemento importante da invenção: de fato, os inventores demonstraram que esse elemento, em quantidades entre 0,25% e 2% em peso, reduz significativamente a susceptibilidade à fratura tardia quando está concentrado na superfície da chapa ou da peça em uma forma específica.
[040] Além disso, e conforme revelado na publicação nº WO2016016707, a peça de aço é enriquecida com níquel próximo a sua superfície até um máximo de Nimax em dois parâmetros para alcançar resistência eficaz ao craqueamento tardio.
[041] Um primeiro parâmetro P2 é definido de acordo com:
Nin +Nizom) -Pp=e 2 x(0) sendo que A é a profundidade enriquecida com níquel da peça de aço e Ninom é o teor nominal de níquel do aço.
[042] O primeiro parâmetro caracteriza o teor total de níquel na camada enriquecida A.
[043] O segundo parâmetro P3 é definido por: Nin — Ninom) Pe A
[044] Esse segundo parâmetro caracteriza o gradiente médio da concentração de níquel, em outras palavras, a intensidade de enriquecimento na camada A.
[045] Satisfazendo-se esses dois parâmetros, a peça de aço tem uma resistência ao craqueamento tardio muito boa.
[046] O método para produzir uma chapa de aço de acordo com a invenção será agora descrito: Um produto semiacabado é moldado, na forma de aço líquido, com a composição mencionada acima. Diferentemente de um método convencional, em que a adição de elementos ocorre durante a moldagem em panela do conversor, os inventores demonstraram que é necessário realizar essa adição sem a presença de ar, o que leva a um aumento no teor de nitrogênio do metal líquido. No método da invenção, a adição de elementos, tais como manganês, silício, nióbio, cromo, é realizada em um invólucro em que prevalece uma atmosfera de vácuo. Após esse tratamento a vácuo, o metal líquido é dessulfurizado por meio da mistura entre o metal e a escória, o que é realizado sob condições que não aumentem o teor de nitrogênio. Após verificar o teor de nitrogênio no metal líquido, o titânio é adicionado, por exemplo, sob a forma de ferrotitânio. O titânio é, assim, adicionado n a final da etapa secundária de metalurgia. Assim, durante o processo de adição, o teor de nitrogênio introduzido é reduzido, e a formação de partículas que poderiam adversamente afetar a ductibilidade da peça de aço é limitada. Introduzindo-se a elementos de adição dessa forma, a quantidade de partículas precipitadas é reduzida no final da solidificação e, assim, a chapa e a peça de aço resultante têm melhor ductibilidade conforme detalhado abaixo.
[047] O produto semiacabado obtido após a moldagem pode estar sob a forma de uma placa, tipicamente entre 200 mm e 250 mm de espessura, ou uma placa fina de tipicamente algumas dezenas de milímetros de espessura, ou em qualquer outra forma adequada. O mesmo é aquecido a uma temperatura entre 1.250 “ºC e 1.300 ºC e mantido nessa faixa de temperatura por um período entre 20 minutos e 45 minutos. Reagindo-se com oxigênio na atmosfera da fornalha, forma-se uma camada de óxido, para a composição do aço da invenção, essencialmente rica em ferro e manganês, em que a solubilidade do níquel é muito baixa, sendo que o níquel permanece na forma metálica. Paralelamente ao crescimento dessa camada de óxido, o níquel é difundido em direção à interface entre o óxido e o substrato de aço, fazendo com que uma camada enriquecida com níquel apareça no aço. Nesse estágio, a espessura dessa camada depende, em particular, do teor nominal de níquel do aço, bem como da temperatura e condições de retenção definidas acima.
[048] Durante o ciclo de fabricação subsequente, essa camada inicial enriquecida é simultaneamente submetida a: - uma diminuição na espessura, devido às taxas de redução conferidas pelas etapas sucessivas de laminação, - um aumento na espessura, devido à exposição da chapa à alta temperatura durante os estágios sucessivos de fabricação. Entretanto, esse aumento ocorre em menor escala do que durante o estágio de aquecimento de placa.
[049] Um ciclo de fabricação para a chapa laminada a quente inclui tipicamente:
- etapas de laminação a quente (desbaste, acabamento) em uma faixa de temperatura de 1.250 “ºC a 825”ºC, - uma etapa de enrolamento em uma faixa de temperatura de 500 ºCa750”C.
[050] Os inventores demonstraram que uma variação nos parâmetros de laminação a quente e enrolamento, nas faixas definidas pela invenção, não alterou significativamente as características mecânicas, de modo que o método é tolerante a certa variação nessas faixas, sem impacto significativo nos produtos resultantes.
[051] Nesse estágio, a chapa laminada a quente, que pode tipicamente ter 1,5 mm a 4,5 mm de espessura, é decapada por meio de um método conhecido por si só, que remove apenas a camada de óxido, de modo que a camada enriquecida com níquel fique localizada próximo à superfície da chapa.
[052] Quando uma chapa mais delgada é necessária, laminação a frio é realizada com uma taxa de redução adequada, por exemplo, entre 30% e 70%, seguido por um recozimento a uma temperatura tipicamente entre 740 ºC e 820 “C, a fim de recristalizar o metal endurecido. Após esse tratamento térmico, a chapa pode ser resfriada de modo a obter uma chapa não revestida ou ser continuamente revestida, passando-a por um banho de arrefecimento brusco, de acordo com os métodos conhecidos por si só, e finalmente resfriada.
[053] Conforme explicado na publicação nº WO2016016707, a etapa que tem a influência primária nas características da camada enriquecida com níquel na chapa final é a etapa de aquecimento de placa, em uma faixa de temperatura e tempo de retenção específicos. Em contrapartida, o ciclo de recozimento da chapa laminada a frio, com ou sem uma etapa de revestimento, tem apenas uma influência secundária sobre as características da camada superficial enriquecida com níquel. Em outras palavras, com a exceção da taxa de redução na laminação a frio que reduz a espessura da camada enriquecida com níquel em uma quantidade homotética, as características de enriquecimento com níquel dessa camada são quase idênticas em uma chapa laminada a quente e em uma chapa que também passou por laminação a frio e recozimento, incluindo ou não uma etapa de pré-revestimento.
[054] Esse pré-revestimento pode ser alumínio, uma liga de alumínio (que tem mais de 50% de alumínio) ou uma liga à base de alumínio (em que o alumínio é o elemento principal). Esse pré-revestimento é vantajosamente uma liga de alumínio e silício, incluindo, em peso, 7% a 15% de silício, 2% a 4% de ferro, opcionalmente, entre 15 ppm e 30 ppm de cálcio, sendo que o restante é alumínio e impurezas inevitáveis resultantes do processamento.
[055] O pré-revestimento também pode ser uma liga de alumínio que contém 40% a 45% de Zn, 3% a 10% de Fe, 1% a 3% de Si, sendo que o restante é alumínio e impurezas inevitáveis resultantes do processamento.
[056] De acordo com uma variante, o pré-revestimento pode ser um revestimento de liga de alumínio, que está sob a forma de intermetálicos que contêm ferro. Esse tipo de pré-revestimento é obtido realizando-se um pré- tratamento térmico da chapa de alumínio ou liga de alumínio pré-revestida. Esse pré-tratamento térmico é realizado a uma temperatura 81 por um tempo de retenção t1, de modo que o pré-revestimento não contenha mais fase 7 5 do tipo Fe3Si2Al12 e do tipo 7 6 Fe2SizAl livre de alumínio. Esse tipo de pré-revestimento, em seguida, permite que os blocos brutos sejam aquecidos antes do estágio de estampagem a quente a uma taxa muito mais rápida, o que minimiza o tempo necessário para manter os blocos brutos em alta temperatura durante o aquecimento, em outras palavras, para reduzir a quantidade de hidrogênio adsorvido durante esse estágio de aquecimento de bloco bruto.
[057] Alternativamente, o pré-revestimento pode ser galvanizado, ou galvanizado e ligado, em outras palavras, com uma quantidade de ferro entre
7% e 12% após o tratamento térmico da liga realizado sob condições industriais imediatamente após o banho de galvanização.
[058] O pré-revestimento também pode ser composto por uma sobreposição de camadas depositadas em estágios sucessivos, em que pelo menos uma pode ser alumínio ou uma liga de alumínio.
[059] Após a produção descrita acima, as chapas são cortadas ou perfuradas por meio de métodos conhecidos por si só, a fim de obter blocos brutos cuja geometria está relacionada à geometria final da peça estampada e prensada endurecida. Conforme explicado acima, o corte de chapas que contêm, em particular, entre 0,32% e 0,36% de C, entre 0,40% e 0,80% de Mn, entre 0,05% e 1,20% de Cr, é particularmente fácil devido à baixa resistibilidade mecânica nesse estágio, associada à, de preferência, ferrítica-perlítica, ou microestrutura ferrítica-perlítica [sic].
[060] Esses blocos brutos são aquecidos a uma temperatura entre 810 ºC e 950 “ºC para austenitizar completamente o substrato de aço, estampados a quente, em seguida, retidos na ferramenta de prensagem para obter uma transformação martensítica. A taxa de deformação aplicada durante o estágio de estampagem a quente pode ser mais ou menos importante, dependendo de uma etapa de formação a frio (estampagem) ter sido ou não realizada antes do tratamento de austenitização. Os inventores demonstraram que os ciclos de aquecimento térmico para endurecimento por prensagem, que envolve aquecer os blocos brutos próximo à temperatura de transformação Ac3, em seguida, mantê-los nessa temperatura por alguns minutos, também não provocam qualquer mudança significativa na camada enriquecida com níquel.
[061] Em outras palavras, as características da camada superficial enriquecida com níquel são similares, na chapa antes do endurecimento por prensagem e na peça após o endurecimento por prensagem obtida a partir dessa chapa.
[062] Por meio de composições da invenção, que têm uma menor temperatura de transformação Ac3 do que composições de aço convencionais, é possível austenitizar blocos brutos com temperaturas e tempos de retenção reduzidos, reduzindo, assim, a possível adsorção de hidrogênio em fornalhas de aquecimento.
[063] Os inventores constataram que, a fim de obter uma peça de aço com melhor ductibilidade, além das propriedades vantajosas de resistibilidade mecânica e resistência ao craqueamento tardio explicadas acima, a densidade de partículas presentes próximo à superfície de chapa deve satisfazer condições específicas. No contexto da invenção, essas partículas denotam todos os óxidos, sulfetos, nitretos, puros ou combinados, tais como oxissulfetos e carbonitretos, presentes na matriz de aço. Foi demonstrado que algumas partículas são locais de danos precoces que reduzem a flexibilidade. No contexto da invenção, a proximidade de superfície se refere à área entre a superfície das chapas e 100 micrômetros abaixo da mesma.
[064] Em particular, a densidade de partículas e, especialmente, aquela de partículas de tamanho médio maiores que 2 micrômetros devem satisfazer determinados critérios.
[065] As tabelas 1 e 2 abaixo, bem como as Figuras 1 e 2, mostram os testes e as medições resultantes no estabelecimento de um parâmetro com base nas densidades de partícula.
[066] Cinco chapas de aço A, B, C, D, E, cujas respectivas composições químicas são fornecidas na Tabela 1, foram produzidas. As composições são expressas em porcentagens em peso, sendo que o restante da composição é ferro e impurezas resultantes do processamento.
[067] Essas chapas foram obtidas a partir de um aço produzido no estado líquido por meio de vários métodos: para o teste A (teste de referência), os elementos de adição (manganês, silício, cromo e nióbio) foram adicionados sob ar, durante a moldagem em panela do conversor.
[068] Para os testes B, C, D, E, realizados sob as condições da invenção, esses elementos de adição foram adicionados durante um tratamento de RH (Ruhrstahl Heraeus) no tanque de RH mentido sob vácuo. O tratamento de dessulfurização subsequente foi realizado sem recuperação de nitrogênio no aço líquido. Titânio foi adicionado como ferrotitânio no final do processo metalúrgico secundário
[069] Após a moldagem na forma de produtos semiacabados, as placas desses vários aços foram aquecidas a uma temperatura de 1.275 “Ce mantidas nessa temperatura por 45 minutos. As mesmas foram, em seguida, laminadas com uma temperatura final de laminação de 950 ºC e enroladas a uma temperatura de 650 ºC. Após a decapagem, as chapas foram laminadas a frio em uma espessura de 1,5 mm. As chapas foram, em seguida, recozidas por aluminação a uma temperatura de 760 “ºC, em seguida, continuamente aluminizadas por imersão em um banho contendo 9% em peso de silício e 3% em peso de ferro, sendo que o restante é alumínio e impurezas inevitáveis.
[070] As chapas cortadas foram estampadas a quente após aquecimento a uma temperatura de 900 ºC e um tempo total de retenção na fornalha de 6 minutos e 30 segundos.
Po c referência [EB 0,345 0.043 [e os | os | 053 | os | 03 [| om | 002 ll bp | o33 | o6 | o55 | 040 | 035 | 019 | 0036 0,038 ânni Ti referência 0,038 0,008 | 0,0004 | 0,0055 | 0,0039 | 8 | 0039 | 0033 | 0004 | 00015 | 00051 | 0,0029 0,045 | 0017 | 0012 | 00003 | 0,0044 | 0,0032 | pb | oo | 0017 | 0011 | 00004 | 0,0051 | 0,0024 0,052 | 0015 | 0010 | 00005 | 0,0035 | 0,0029
TABELA 1: COMPOSIÇÃO DE AÇO PARA OS TESTES A, B,C, DEE
[071] Após o endurecimento por prensagem, medições foram feitas em três amostras por microscopia eletrônica de varredura para visualizar partículas maiores que 0,5 micrômetros de tamanho sobre uma área de superfície de 6 mm? e a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à peça superfície
[072] Um primeiro tipo de medição consiste em avaliar a densidade D; de todas as partículas, a saber, óxidos, sulfetos, nitretos, puros ou combinados, tais como oxissulfetos e carbonitretos, presentes na matriz de aço. Um segundo tipo de medição consiste em avaliar a densidade Dr-2um) dessas mesmas partículas, cujo tamanho é maior que 2 micrômetros. Na Tabela 2 abaixo, os testes de referência D1, D2, E1 e E2 correspondem respectivamente às chapas de aço de composição D e E, conforme mostrado na Tabela 1 abaixo a partir de duas bobinas de aço diferentes.
[073] O ângulo de flexão foi determinado em peças endurecidas de 60x60 mm? suportadas por dois roletes, de acordo com o padrão de flexão VDA-238. A força de flexão é exercida por um perfurador com um raio de 0,4 mm. O espaçamento entre os roletes e o perfurador é igual à espessura das peças testadas, sendo que uma folga de 0,5 mm é adicionada. A aparência de uma rachadura é detectada à medida que coincide com uma diminuição de carga na curva de deslocamento de carga. Os testes são descontinuados quando a carga diminui mais do que 30 N de seu valor máximo. O ângulo de flexão de cada testa de referência é medido em carga máxima. Os resultados mostrados na Tabela 2 abaixo correspondem a sete amostras coletadas na direção de laminação. Obteve-se, em seguida, um valor médio do ângulo de flexão. LB BB sos == o BB | NC Rr RC RC O Rr TABELA 2: DENSIDADE DE PARTÍCULA (DI!) E DENSIDADE DE PARTÍCULAS DE TAMANHO MÉDIO MAIORES QUE 2 MICRÔMETROS (Dç(>2.m)) AO LONGO DE UMA PROFUNDIDADE DE 100 MICRÔMETROS PRÓXIMO À SUPERFÍCIE DE CHAPA E ÂNGULO DE FLEXÃO CORRESPONDENTE. VALORES SUBLINHADOS: NÃO ESTÃO DE ACORDO COM À
INVENÇÃO
[074] Para cumprir os requisitos industriais quanto à ductibilidade no caso de impacto, as peças satisfatórias em termos de resistência à tração são aquelas com um ângulo de flexão maior que 50º. A peça estampada a quente sob as condições do teste de referência A, em que um método convencional foi usado para adições de elementos, tem um ângulo de flexão inferior a 50º.
[075] A Figura 3 ilustra a distribuição de partículas por tamanho médio de partícula e densidade para os sete testes de referência na Tabela 2. Pode-se observar que o teste de referência A tem uma distribuição de densidade de partícula de acordo com o tamanho de partícula que é substancialmente diferente daquela dos outros testes de referência. Principalmente, a densidade do tamanho médio de partícula menor que 2 micrômetros do teste de referência A é significativamente menor que aquela dos outros testes de referência. As condições de processamento de acordo com a invenção possibilitam a obtenção de uma redução significativa em todas as partículas e, em particular, nas partículas com tamanhos maiores que 2 micrômetros. Essa distribuição favorável pode ser observada na chapa, bem como na peça estampada a quente produzida a partir dessa chapa.
[076] Para cada teste de referência na Tabela 2, a densidade
Dçe2um) para partículas de tamanho médio maiores que 2 micrômetros e a densidade Di para todas as partículas foram plotadas na Figura 1. Considerando- se que apenas o teste de referência A não satisfaz o critério desejado de um ângulo de flexão maior do que 50º, há uma relação entre a densidade Die a densidade Dr-2,um) que é obtida com b ase na linha D da equação: Y=-6,75 (X-40)
[077] Considerando-se que as peças que provavelmente têm um ângulo de flexão maior do que 50º estão localizadas sob a linha D na área tracejada F, entende-se que o critério para satisfazer boa ductibilidade de flexão é da seguinte forma: Di + 6,75 Dr>2um) < 270
[078] sendo que Die Dr2um)são, ambos, expressos em número de partículas por mm?.
[079] Esse critério demonstra a influência significativa de partículas de tamanho médio maiores que 2 micrômetros sobre a ductibilidade de peças estampadas a quente.
[080] Na Tabela 3 abaixo e na Figura 2, o critério definido Di + 6,75 Dr>2um) e o ângulo de flexão obtidos para as sete condições de teste A, B, C, D1, D2, E1 e E2 são mostrados. A área cinza G na Figura 2 define a área, de acordo com a invenção, para a qual a peça tem um ângulo de flexão maior do que 50º e na qual o critério é menor que 270. Nessa área G, a peça tem melhor ductibilidade e uma resistibilidade mecânica Rm maior que 1.800 MPa. EEE IE EEE Es
TABELA 3: CRITÉRIO D' + 6,75 Dr>2,1m) E ÂNGULO DE FLEXÃO CORRESPONDENTE
[081] Valores sublinhados: não estão de acordo com a invenção
[082] Os inventores também constataram que a diminuição no teor de manganês acompanhada por um aumento significativo no teor de carbono possibilitou aumentar substancialmente a resistência à corrosão sob estresse da peça de aço, enquanto mantém uma alta resistibilidade mecânica de mais de
1.800 MPa.
[083] Sabe-se que a medição da susceptibilidade à corrosão sob estresse é realizada por métodos que usam um teste de flexão de carga constante de quatro pontos por: - imersão da peça de aço estressada por esse método em uma solução salina à temperatura ambiente durante por 30 dias ou - aspersão de uma solução salina a 35 ºC por 4 horas na peça de aço estressada, sendo que essa operação é repetida ao longo de um período de dias.
[084] Entretanto, esses métodos não reproduzem suficientemente as condições ambientais nas quais é provável que as peças de aço sejam encontradas.
[085] Por esse motivo, outro método chamado cíclico fornece a alternância da fase salina, da fase úmida e da fase seca. A fase salina é aplicada durante 2% do período de teste para uma porcentagem em peso de NaCl na atmosfera de 1% a pH 4. A fase úmida subsequente é aplicada durante 28% do período de teste, a uma porcentagem de umidade relativa de 90% a uma temperatura de 35 ºC. A fase seca final é aplicada durante 70% do período de teste, a uma porcentagem de umidade relativa de 55% e uma temperatura de 35 ºC. Esse teste cíclico é aplicado por 42 dias.
[086] Entretanto, esse método cíclico não é suficientemente severo para assegurar que a peça de aço tenha resistência à corrosão sob estresse satisfatória para as aplicações pretendidas. Um novo método cíclico chamado VDA (Verband der Automobillndustrie) foi, portanto, aplicado, no qual a peça de aço estressada é submetida a condições de corrosão mais severas. Um período de teste, ou ciclo, é de uma semana.
[087] Nesse método VDA, a fase salina é aplicada durante 5% do período de teste (em vez de 2% para o método cíclico) para uma porcentagem em peso de NaCl na atmosfera de 1% a pH 7. A fase úmida subsequente é aplicada durante 25% do período de teste, a uma porcentagem de umidade relativa de 95% (em vez de 90% para o método cíclico) a uma temperatura de ºC. A fase seca final é aplicada durante 65% do período de teste, a uma porcentagem de umidade relativa de 70% (em vez de 55% para o método cíclico) e a uma temperatura de 35 ºC. O método VDA é aplicado por 6 ciclos, em outras palavras, 6 semanas ou 42 dias.
[088] De acordo com a invenção, considera que uma peça de aço satisfaz o critério de corrosão sob estresse se nenhuma falha de material ocorrer por pelo menos 42 dias.
[089] Foram consideradas quatro condições de teste H, || Je K, em que as composições químicas são fornecidas na Tabela 4 abaixo. As composições são expressas como uma porcentagem em peso, sendo que o restante da composição é ferro e impurezas resultantes do processamento.
[090] As quatro condições de teste H, |, J e K satisfazem os critérios definidos acima quanto à densidade de partícula e enriquecimento com níquel da superfície. iustrmane c Dm [5 [+ [5 [0 ]%) ln [035 | 06 | 0003] 0012 | o53 | 033 | 0045 | LL 1 [035 | 062 | 00003] 0013 | os57 | os51| 0039 | Ls» | o4o | 01 | 0001] 0012 | 021 | 100 | 004 | [EK o33 To46 [ooo | oo [153 [os | 0047 |
[EE] [7 [e [e [es] | LH | oos | oo | o38 | om | 32 | ooo | ante — nam ass Tess as cama Lx | [| 33 | 000 | TABELA 4: COMPOSIÇÃO DE AÇO PARA AS QUATRO CONDIÇÕES DE TESTE H, , JEK
[091] A chapa fabricada sob a condição H tem uma temperatura Ac3 de 829 ºC. Essa temperatura é avaliada pela fórmula de Andrews, conhecida por si só. A chapa fabricada sob a condição de teste | tem uma temperatura Ac3 calculada pela fórmula de Andrews de 820 ºC, a chapa fabricada sob a condição de teste J tem uma temperatura Ac3 calculada pela fórmula de Andrews de 807 ºC e a chapa fabricada sob a condição de teste K tem uma temperatura Ac3 calculada pela fórmula de Andrews de 871 ºC.
[092] O teste de referência J tem, assim, uma temperatura de austenitização que é particularmente favorável para sua produção no ambiente industrial.
[093] As temperaturas Ms (temperatura inicial de transformação martensítica durante o resfriamento) calculadas com a fórmula de Andrews são 362 ºC, 345 ºC, 353 ºC e 348 ºC para as chapas fabricadas sob as condições H, |, J e K, respectivamente.
[094] As chapas de aço dos testes de referência H, |, J e K foram produzidas sob as seguintes condições: - aquecimento a uma temperatura de 1.275 ºC por 30 minutos - laminação a quente até uma temperatura final de laminação TFL de 900 “C.
- enrolamento a 540 ºC para o teste de referência H, 550 ºC para os testes de referência | e J e 580 ºC para o teste de referência K, - laminação a frio com uma taxa de redução de 58%, - recozimento a uma temperatura de 760 “C de modo a obter recristalização do metal endurecido, e - resfriamento.
[095] No teste de referência H, a chapa é revestida com uma liga de AISi conforme mencionado acima, sendo que as chapas fabricadas sob as condições |, J e K não são revestidas.
[096] O resultado é uma chapa de aço que tem uma espessura de 1,5 milímetros para as condições H, l e Ke 1,3 milímetros para a condição J.
[097] Após a chapa ser cortado para obter um bloco bruto, a mesma é aquecida em uma fornalha a 900 ºC por 6 minutos e 30 segundos (tempo total de retenção na fornalha), de modo que uma transformação austenítica total ocorra no aço, em seguida, o bloco bruto é rapidamente transferido para um dispositivo que simule a prensagem a quente. A transferência é concluída em menos de 10 segundos, de modo que nenhuma transformação da austenita ocorra durante essa etapa. A pressão exercida pela ferramenta de prensagem é de 5.000 MPa. A peça é retida na prensa para obter endurecimento por transformação martensítica da estrutura austenítica. Um tratamento térmico de 170 ºC é, em seguida, aplicado à chapa por 20 minutos, o que corresponde a um ciclo de queima da tinta aplicada à peça estampada a quente.
[098] As propriedades mecânicas de tração (limite de elasticidade ov e resistibilidade mecânica Rm) medidas nas peças estampadas peças H, |, J e K são mostradas na Tabela 5 abaixo.
TABELA 5. PROPRIEDADES MECÂNICAS DE TRAÇÃO MEDIDAS SOB AS QUATRO CONDIÇÕES DE TESTE H, , JEK
[099] Três espécimes de peças estampadas a quente para cada um dos testes de referência H, |, J e K foram submetidos ao teste VDA de corrosão sob estresse descrito acima. O estresse de flexão aplicado ao espécime na superfície externa entre os dois roletes é de 750 MPa.
[0100] Os resultados são mostrados na Tabela 6 abaixo. a se o o o o o | Re o o o TABELA 6: RESULTADOS DOS TESTES DE CORROSÃO SOB ESTRESSE COM O USO DO
MÉTODO VDA PARA AS CONDIÇÕES DE TESTE HA K
[0101] Pode-se observar que, para a condição de teste H, duas peças foram fraturadas durante o 2º ciclo, e a terceira peça foi fraturada durante o 3º ciclo.
[0102] Para o teste de referência |, uma primeira peça fraturada durante o 3º ciclo, e as outras duas peças fraturadas durante o 4º ciclo.
[0103] Para os testes de referência J e K, nenhuma peça fraturada no final do 6º ciclo. O teste de referência J com um baixo teor de manganês e o teste de referência K com um alto teor de silício oferece, assim, excelente resistência à corrosão sob estresse.
[0104] Sem estar vinculado a uma teoria, os inventores definiram a expressão de um critério para assegurar, para uma peça estampada a quente com um limite de elasticidade entre 1.300 MPa e 1.600 MPa, uma resistência à corrosão sob estresse suficiente para ser aprovada no teste VDA.
[0105] Esse critério depende de três parâmetros: um parâmetro P1 que depende da composição da peça, um parâmetro P2 que depende do estresse aplicado e um parâmetro P3 que depende da presença opcional de um revestimento na peça estampada a quente.
[0106] O parâmetro P1 é expresso da seguinte forma, como uma função dos teores de manganês, fósforo, cromo, molibdênio e silício: Pl = 455Exp(-05 [Mn +25P) +[390Cr + 50Mo]+7 Exo(1 35) , sendo que os teores são expressos como porcentagens em peso.
[0107] O parâmetro P2 é expresso da seguinte forma: Pa=|6-1,2270 ? 07º | em que o, denota o limite de elasticidade, expresso em MPa, e está entre 1.300 MPa e 1.600 MPa.
[0108] O parâmetro P3 é quantificado por um parâmetro Cscc, cujo valor é igual 1 se a peça for não revestida e igual a 0,7 se a peça for revestida
[0109] O limiar de falha de corrosão sob estresse Xo é, assim, definido como: Xo = P1 x P2 x P3
[0110] Os limiares de falha de corrosão sob estresse Xo determinados, assim, para as peças estampadas H, |, J e K são mostrados na Tabela 7 abaixo.
TABELA 7: LIMIARES DE FALHA DE CORROSÃO SOB ESTRESSE XO PARA OS QUATRO TESTES DE REFERÊNCIAH, L JE K
[0111] Os inventores, assim, demonstraram que, se Xo for maior ou igual a 750 e, de preferência, maior ou igual a 790, a chapa ou peça correspondente está aprovada no teste VDA de resistência à corrosão sob estresse.
[0112] Define-se, em seguida, o seguinte critério, no qual, se satisfeito, assegura a boa resistência à corrosão sob estresse da chapa de aço e peça: [ 455 Exp(-0,5[M4n+ 25 P) + [390 Cr + 500] + 7 Exp(1, 351) ]6-1,22x10? 03 [og12 750
[0113] De preferência, o valor de Xo é maior ou igual a 790 e, com máxima preferência, maior que 1.100, para obter uma resistência à corrosão sob estresse muito alta.
[0114] Além da evidência de que a diminuição do teor de Mn possibilita o aumento da resistência à corrosão sob estresse, pode-se observar que o aumento no teor de cromo (0,33% para o teste de referência H, 0,51% para o teste de referência | e em torno de 1% para os testes de referência Je K) também melhora a resistência à corrosão sob estresse da peça. O teste de referência K também demonstra que um teor de silício de 1,53% resulta em alta resistência à corrosão sob estresse.
[0115] Assim, a invenção fornece um método para a fabricação de peças endurecidas por prensagem que oferece, simultaneamente, altas propriedades mecânicas de tração, boa dureza e alta resistência à corrosão sob estresse. Essas peças serão vantajosamente usadas como peças estruturais ou de reforço na indústria automotiva.

Claims (23)

  1. UT
    REIVINDICAÇÕES 1 CHAPA DE AÇO laminada para endurecimento por prensagem caracterizada pela composição química compreender, em que os teores são expressos em peso: 0,24% < C < 0,38% e 0,40% < Mn < 3%, ou 0,38% < C < 0,43% e 0,05% < Mn < 0,4% 0,10% < Si < 1,70% 0,015% < Al < 0,070% 0% < Cr < 2% 0,25% < Ni < 2% 0,015% < Ti < 0,10% 0% < Nb < 0,060% 0,0005% < B < 0,0040% 0,003% < N < 0,010% 0,0001% < S < 0,005% 0,0001% < P < 0,025% compreendendo-se que os teores de titânio e nitrogênio satisfazem: Ti/N>3,42, e que os teores de carbono, manganês, cromo e silício satisfazem: 2604 É E, =1,1% 5,8 13 15 sendo que a composição química inclui opcionalmente um ou mais dentre os seguintes elementos: 0,05% < Mo < 0,65% 0,001% < W < 0,30% 0,0005% < Ca < 0,005% sendo que o restante é ferro e impurezas inevitáveis resultantes do processamento, sendo que a chapa contém um teor de níquel Nisup em qualquer ponto do aço próximo à superfície da chapa a uma profundidade A, de modo que: Nisurp > Ninom, sendo que Ninom denota o teor nominal de níquel do aço, e de modo que, sendo que Nimax denota o teor máximo de níquel em À: Nina + Nivom) 2 x(0)>20,6, e de modo que: Nin — Nizom) A 20,01 sendo que a profundidade A é expressa em micrômetros, sendo que os teores de Nimax E Ninom São expressos em porcentagens em peso, e de modo que a densidade de superfície de todas as partículas Di e a densidade de superfície das partículas maiores que 2 micrômetros D(>2um) satisfaçam, pelo menos a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à superfície da chapa: Di + 6,75 Dr2um) < 270 sendo que Di e Dr>2um) são expressos como o número de partículas por milímetro quadrado, e sendo que as partículas denotam todos os óxidos, sulfetos, nitretos, puros ou combinados, tal como oxissulfetos e carbonitretos, presentes na matriz de aço.
  2. 2. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela composição incluir, em peso: 0,39% < C < 0,43% 0,09% < Mn < 0,11%.
  3. 3. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pela sua composição incluir, em peso: 0,95% < Cr < 1,05%.
  4. 4. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 e 3, caracterizada pela sua composição incluir, em peso: 0,48% < Ni < 0,52%.
  5. 5. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pela sua composição incluir, em peso: 1,4% É Si € 1,70%.
  6. 6. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pela sua microestrutura ser ferríitica-perlítica.
  7. 7. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pela chapa ser uma chapa laminada a quente.
  8. 8. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pela chapa ser uma chapa laminada a frio e recozida.
  9. 9. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por ser pré-revestida com uma camada metálica de alumínio ou liga de alumínio ou à base de alumínio.
  10. 10. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por ser pré-revestida com uma camada metálica de zinco ou liga de zinco ou à base de zinco.
  11. 11. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por ser pré-revestida com uma ou mais camadas de ligas intermetálicas que contêm alumínio e ferro, e opcionalmente silício, sendo que o pré-revestimento não contém fase 75 do tipo Fe3SizAl12 e fase Te do tipo Fe2SizAls livres de alumínio.
  12. 12. PEÇA obtida por endurecimento por prensagem de uma chapa de aço da composição, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por ter uma estrutura martensítica ou martensítica-bainítica, em que sua resistibilidade mecânica Rm é maior ou igual a 1.800 MPa, e de modo que a densidade de superfície de todas as partículas Di e a densidade de superfície das partículas maiores que 2 micrômetros Dr2um) satisfaçam, pelo menos a uma profundidade de 100 micrômetros próximo à superfície da chapa: Di + 6,75 Dr2um) < 270 sendo que Di; e D>2um) são expressos como número de partículas por mm?.
  13. 13. — PEÇA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por ter pelo menos um ângulo de flexão maior que 50º na direção de laminação.
  14. 14. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 e 13, caracterizada pelos teores de manganês, fósforo, cromo, molibdênio e silício satisfazerem [455Exp(-0,5 [Mn+25P] ) + [390Cr + 50Mo] + 7Exp(1,3Si)] [6 — 1,22x10º o/º] [Cscc] > 750 sendo que o, é o limite de elasticidade que está entre 1.300 MPa e
    1.600 MPa, e sendo que Cscc é igual a 1 para uma chapa não revestida e igual a 0,7 para uma chapa revestida.
  15. 15. — PEÇA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelos teores de manganês, fósforo, cromo, molibdênio e silício satisfazerem: [455Exp(-0,5 [Mn+25P] ) + [390Cr + 50Mo] + 7Exp(1,3Si)] [6 — 1,22x10º o,º] [Cscc] 2 1.100.
  16. 16. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado por conter um teor nominal de níquel Ninom, em que o teor de níquel Nisurp do aço próximo à superfície ser maior que Ninom a uma profundidade
    A e, em que Nimax denota o teor máximo de níquel em À: Nim + Ninom) 2 x(A)>0,6, e: Nin — Ninonm) A >00 sendo que a profundidade A é expressa em micrômetros, sendo que os teores de Nimax E Ninon São expressos em porcentagens em peso.
  17. 17. PEÇA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizada por ser revestida com uma liga de alumínio ou liga à base de alumínio, ou uma liga de zinco ou liga à base de zinco resultante da difusão entre o substrato de aço e o pré-revestimento, durante o tratamento térmico de endurecimento por prensagem.
  18. 18. — MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA de aço laminada a quente caracterizado por incluir as etapas sucessivas de: - produzir um aço líquido ao qual manganês, silício, nióbio e cromo são adicionados, sendo que as adições são realizadas em uma câmara de vácuo, em seguida, - dessulfurizar o metal líquido sem aumentar seu teor de nitrogênio, em seguida, - adicionar titânio, sendo que as adições são realizadas de modo a obter um metal líquido que tem uma composição química, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em seguida, - moldar um produto semiacabado, em seguida, - aquecer o produto semiacabado a uma temperatura entre 1.250 ºC e 1.300 ºC por um período de retenção nessa temperatura entre 20 minutos e 45 minutos, em seguida, - laminar a quente o produto semiacabado a uma temperatura final de laminação TFL entre 825 “C e 950 “C para obter uma chapa laminada a quente, em seguida, - enrolar a chapa laminada a quente a uma temperatura entre 500 ºC e 750 ºC para obter uma chapa laminada a quente e enrolada, em seguida, - decapar a camada de óxido formada nas etapas anteriores.
  19. 19. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA laminada a frio e recozida caracterizado por incluir as seguintes etapas sucessivas de: - fornecer uma chapa laminada a quente, enrolada e decapada fabricada pelo processo, conforme definido na reivindicação 18, em seguida, - laminar a frio a chapa laminada a quente, enrolada e decapada para obter uma chapa laminada a frio, em seguida, - recozer a chapa laminada a frio a uma temperatura entre 740 ºC e 820 ºC para obter uma chapa laminada a frio e recozida.
  20. 20. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA pré- revestida, de acordo com o qual uma chapa laminada fabricada em conformidade com o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 19, é fornecida, caracterizado por, em seguida, um pré-revestimento contínuo ser realizado por imersão, sendo que o pré-revestimento é alumínio ou uma liga de alumínio ou liga à base de alumínio, ou zinco ou uma liga de zinco ou liga à base de zinco.
  21. 21. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA pré- revestida e pré-ligada, de acordo com o qual: - uma chapa laminada é fornecida em conformidade com o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 19 a 20, caracterizado por, em seguida, um pré-revestimento contínuo ser realizado com uma liga de alumínio ou liga à base de alumínio temperada, em seguida, - um pré-tratamento térmico da chapa pré-revestida é realizado, de modo que o pré-revestimento deixe de conter mais fase 75 do tipo FesSi2Al12 e fase 7 e do tipo Fe2Si2Als livres de alumínio.
  22. 22. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA endurecida por prensagem, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado por incluir as etapas sucessivas de: - fornecer uma chapa fabricada por meio de um método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 21, em seguida, - cortar a chapa para obter um bloco bruto, em seguida, - realizar, opcionalmente, uma etapa de formação por meio de estampagem a frio do bloco bruto, em seguida, - aquecer o bloco bruto a uma temperatura entre 810 ºC e 950 ºC para obter uma estrutura totalmente austenítica no aço, em seguida, - transferir o bloco bruto para uma prensa, em seguida, - estampar a quente o bloco bruto para obter uma peça, em seguida, - reter a peça na prensa para obter endurecimento por meio de transformação martensítica da estrutura austenítica.
  23. 23. “USO DE UMA PEÇA endurecida por prensagem, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 12 a 17, ou fabricada em conformidade com o método, conforme definido na reivindicação 22, caracterizado por se destinar à fabricação de peças estruturais ou de reforço para veículos a motor.
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