BRPI0607524A2 - aÇo de excelente dureza na zona afetada pelo calor da soldagem - Google Patents
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Abstract
AÇO DE EXCELENTE DUREZA NA ZONA AFETADA PELO CALOR DA SOLDAGEM. A presente invenção refere-se a um aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelo calor da soldagem caracterizado por conter, em % em massa, O: 0,02 a 0,06%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 1,7 a 2,7%, P: 0,015% ou menos, S: 0,010% ou menos, Ti: 0,005 a 0,015%, O: 0,0010 a 0,0045%, e N: 0,0020 a 0,0060% e compreendendo um saldo de ferro e das inevitáveis impurezas, tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a Aí: 0,004% ou menos, Nb: 0,003% ou menos, e V: 0,030% ou menos, e tendo um CeH representado pela formula (A) de 0,04 ou menos: CeH = C+1/4Si-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V ... (A) onde C, Si, Mn, Ou, Ni, Nb, e V representam composições no aço (% em massa).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO DE EXCELENTE DUREZA NA ZONA AFETADA PELO CALOR DA SOLDAGEM".
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um aço excelente em tenacidade na zona afetada pelo calor da solda (HAZ) em pequenas entradas de calor de soldagem a médias entradas de calor de soldagem e a um método desua produção.
Antecedentes da Técnica
A tenacidade HAZ de um aço de baixa liga é governada por vários fatores tais como (1) o tamanho dos grãos de cristal, (2) o estado de dispersão das fases duras tais como martensita de alto carbono (M*), bainitasuperior (Bu), e ferrita de placas laterais (FSP), (3) o estado de endurecimento da precipitação, (4) a presença de qualquer fragilidade intergranular,
e (5) a micro-segregação dos elementos. Esses fatores são conhecidos como tendo um grande efeito sobre a tenacidade. Muitas tecnologias estão sendo comercializadas para melhorar a tenacidade HAZ.
É seguro dizer que tais fatores inibidores da tenacidade são provocados pelos elementos aditivos. A redução do teor do elemento da liga aumenta a tenacidade. Entretanto, uma maior resistência está sendo semprebuscada em aços estruturais. Por isso, a adição de elementos de liga é necessária. Isto é, as demandas de resistência e tenacidade são contraditórias do ponto de vista do teor de elemento de liga. Uma tecnologia de aumentoda tenacidade que não dependa dos elementos da liga tem sido buscada.
Como tecnologia particularmente excelente, é conhecido usar-seaço que não inclua substancialmente qualquer Al para tornar a microestrutura mais fina e em adição equilibre corretamente os elementos Ti, O, e N para suprimir a precipitação de TiC e reduzir o endurecimento da precipitação eportanto melhorar a tenacidade (Pedido de Patente Japonesa (a) N9 5-247531). Nesse caso, a tenacidade da zona afetada pelo calor da soldagem é determinada pelo equilíbrio dos efeitos da microestrutura e dos efeitos dacamada endurecida que inclui M*. Na técnica anterior, isto foi resolvido me-lhorando-se a tenacidade da matriz do material base pelo NI ou similares.Entretanto, a adição de grandes quantidades de Cu, Ni, e outros elementosde liga caros, necessária para a realização dessa tecnologia, provoca umaumento nos custos de produção. Isto torna-se um obstáculo na produçãode aço de alta resistência, excelente ma propriedade CTOD.
O ponto do aço conforme esta invenção não incluindo substancialmente qualquer Al e Nb é feito uso na presente invenção também. Entretanto, nessa invenção, o teor de C é alto, então o problema da queda na tenacidade quando se aumenta o teor de Mn permanece sem solução. Também havia uma preocupação de as impurezas Nb e V terem um efeito prejudicial na tenacidade.
Além disso, o Pedido de Patente Japonesa (A) NQ 2003-147484segue o pensamento do Pedido de Patente Japonesa (A) Ne 5-247531 e,enquanto faz uso de óxidos de Ti, adiciona Nb e aumenta o teor de Mn. Istofaz a temperatura de partida da transformação austenita-ferrita cair para assim suprimir a formação de fases duras e simultaneamente obter uma microestrutura adequada para assim satisfazer a propriedade -10°C CTOD.Entretanto, a invenção desse Pedido de Patente Japonesa (A) Ns 2003-147484 não satisfaz suficientemente a propriedade CTOD necessária dejuntas soldadas no nível mais duro de -40°C ou menos.Descrição da Invenção
A presente invenção fornece tecnologia que produz sem altoscustos aço de alta resistência excelente em tenacidade em soldagem demúltiplas camadas de pequenas ou médias entradas de calor. O aço produzido pela presente invenção é extremamente bom na propriedade CTOD dezonas de soldagem de múltiplas camadas de pequena e média entrada decalor entre os níveis de tenacidade das zonas afetadas pelo calor da soldagem. A essência da presente invenção é como segue:
(1) Um aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelocalor da soldagem caracterizada por conter, em % em massa, C: 0,02 a0,06%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 1,7 a 2,7%, P: 0,015% ou menos, S: 0,010%ou menos, Ti: 0,005 a 0,015%, O: 0,0010 a 0,0045% , e N: 0,0020 a-0,0060% e compreendendo um saldo de ferro e das inevitáveis impurezas,tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a Al: 0,004%ou menos, Nb: 0,003% ou menos, e V: 0,030% ou menos, e tendo um CeHrepresentado pela fórmula (A) na faixa de 0,04 ou menos:
CeH = C+1/4Si-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V ... (A)onde C, Si, Mn, Cu, Ni, Nb, e V representam composições noaço (% em massa).
(2) Um aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelocalor da soldagem conforme apresentado no item (1), caracterizado pelo fatode que o CeH está na faixa de 0,01 ou menos.
(3) Um aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelocalor da soldagem conforme apresentado nos itens (1) e (2), caracterizadopor também conter, em % em massa, um tipo ou dois tipos de Cu: 0,25% oumenos e Ni: 0,50% ou menos.
(4) Um método de produção do aço excelente em tenacidade deuma zona afetada pelo calor caracterizado pelo aquecimento de uma placaque satisfaça os ingredientes do aço e o CeH de (1) ou (g) até uma tempera-tura de 1100°C ou menos, e então tratando-o pelo processo de controle ter-momecânico.
(5) Um método de produção do aço excelente em tenacidade deuma zona afetada pelo calor da soldagem caracterizado pelo aquecimentode uma placa que satisfaça os ingredientes do aço e o CeH de (3) até umatemperatura de 1100°C ou menos, e então tratando-o pelo processo de con-trole termomecânico.
Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista mostrando a relação de um tempo de res-friamento de 800 para 500°C e uma fração de M*.
A figura 2 é uma vista mostrando a relação do CeH e das propri-edades CTOD.
Melhor Forma de Execução da Invenção
De acordo com a pesquisa dos presentes inventores, a proprie-dade CTOD do HAZ no momento da entrada pequena ou média de calor desoldagem (1,5 a 6,0 kJ/mm com uma espessura de chapa de 50 mm) (pro-priedade CTOD a uma temperatura de -40°C ou menor) é governada pelatenacidade de regiões extremamente locais. O controle da microestruturadessa porção e a redução dos elementos de fragilidade são importantes. Emoutras palavras, a propriedade CTOD não é a propriedade média do materi-al, mas é governada pelas zonas de fragilidade local. Se houver regiões queprovoquem fragilidade, mesmo que em apenas parte do material de aço, apropriedade CTOD da chapa de aço será prejudicada notavelmente.
Especificamente, as regiões locais que exercem maior efeito napropriedade CTOD são a M*, ferrita de placas laterais (FSP) e outras fasesduras. Para suprimir a formação desse tipo de fase dura, no passado foi ne-cessário manter baixa a capacidade de endurecimento do aço. Isto tornou-seum fator inibidor da alta resistência.
A presente invenção é caracterizada pelas seguintes descober-tas e sua configuração em um aço de alta tenacidade HAZ. Especificamente,
1) Em uma HAZ com entrada de calor de soldagem pequena oumédia, geralmente o tempo de resfriamento após a soldagem está dentro de60 segundos. Os inventores descobriram que, sob tais condições de resfria-mento, se o teor de C for suficientemente baixo, controlando-se adequada-mente outros elementos fragilizadores, mesmo se adicionar Mn até 27%, oM* que exerce um efeito negativo na tenacidade não é mais formado. A figu-ra 1 mostra a fração M* quando se muda a quantidade de Mn de 1,7% para2,7% com 0,05% de C, 0,15% de Si. É entendido que mesmo se o teor deMn muda, se o tempo de resfriamento de 800 a 500°C está dentro de 60 se-gundos ou algo assim, a fração M* torna-se muito pequena. Como resultado,torna-se possível aumentar o teor de Mn para o qual a adição em uma gran-de quantidade foi imaginada ser impossível no passado devido a provocardeterioração na tenacidade.
2) Os inventores descobriram que os ingredientes do aço pode-riam ser feitos adequados em um aço à base de menos alumínio.
3) Os inventores eliminaram os fatores inesperados que redu-zem a tenacidade pela limitação do Al, Nb e V presentes como impurezas noaço até certos limites ou menos.
Isto é, empregando-se aço à base de menos Al torna-se possívelformar TiO com confiança e melhorar eficazmente a tenacidade.
Combinando-se esses três pontos, tornou-se possível obter umaboa propriedade CTOD sob difíceis condições de temperatura de -20°C oumenos em uma pequena ou média entrada de calor de soldagem na HAZque não pode ser alcançado até agora.
Mesmo quando é formada muito pouca M*, o controle dos elementos de fragilização C, Si, Cu, Ni, Nb, V e similares é essencial. Especificamente, é essencial controlar-se o valor CeH de C+1/4SÍ-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V até uma faixa predeterminada.
A figura 2 mostra os resultados quando se produzem 20 kg deaço dos ingredientes de 0,05% de C - 0,15% de Si - 1,7 a 2,7% de Mn porfusão a vácuo, laminando-o para chapa de aço, transmitindo-lhe uma historia de calor de uma junta real soldada três vezes por um equipamento de ciclotérmico simulado, e então executando um teste CTOD.
Tôc 0,1 (670,9 CeH-67,6) é a temperatura quando o menor valordos três valores do testes CTOD em diferentes temperaturas de teste é de0,1 mm. Há uma clara tendência para o Tôc 0,1 (propriedade CTOD) tornarse linearmente substancialmente excelente à medida que o CeH cai. Se o CeH cai para em torno de 0,01, é verificado que Tôc 0,1 alcança -60°C.
Isto é, satisfazendo os requisitos do aço da presente invenção econtrolando-se o CeH, a propriedade CTOD pretendida pode ser obtida.Com o aço da presente invenção, o controle do valor de CeH conforme apropriedade CTOD requerida é um dos aspectos que caracterizam a invenção. Em adição ao controle do valor de CeH, a retificação dos teores dos outros elementos de liga é necessária para produzir o aço fornecido tantocom a alta resistência quanto com a propriedade CTOD superior. Abaixo,serão explicadas as faixas de limitação e as razões.
O C tem que ser 0,02% ou mais para se obter resistência, mas
se estiver acima de 0,06%, ele degrada a tenacidade da HAZ de soldagem enão permite a satisfação de uma boa propriedade CTOD, então 0,06% é tor-nado o limite superior.
O Si inibe a tenacidade da HAZ, então uma quantidade menor épreferível de modo a se obter uma boa tenacidade da HAZ. Entretanto, como aço convencional, nenhum Al é adicionado, então a adição de 0,05% oumais é necessária para a desoxidação. Entretanto, se o teor estiver acima de0,30%, a tenacidade da HAZ é prejudicada, então 0,30% é tornado o limitesuperior.
O Mn é um elemento barato com um grande efeito de retificaçãoda microestrutura e diminuição do CeH, então sua adição não prejudica atenacidade da HAZ de pequena e média entrada de calor, portanto é desejá-vel tornar o seu teor alto para se obter uma alta resistência. Entretanto, sefor acima de 2,7%, ele promove a segregação da placa e facilita a formaçãode Bu prejudicial à tenacidade, então o teor foi feito até um limite superior de2,7%, Além disso, se for de menos de 1,7%, o efeito é pequeno, então o limi-te inferior foi feito 1,7%. Note que do ponto de vista de tenacidade, acima de2,0% é mais preferível.
O P e o S devem ambos ser pequenos em quantidade dos pon-tos de vista da tenacidade do material base e da tenacidade na HAZ, mas alimites para sua redução na produção industrial. 0,015% e 0,010%, preferi-velmente 0,008% e 0,003%, foram portanto tornados seus limites superiores.
O Al não é deliberadamente adicionado na presente invenção,mas inclusões como impurezas no aço são inevitáveis. Estas formam óxidosde Al que inibem a formação de óxidos de Ti, então um teor menor é desejá-vel, mas há limites para sua redução na produção industrial. 0,004% é por-tanto o limite superior.
O Ti forma oxido de Ti e torna a microestrutura mais fina, entãocontribui grandemente para a melhoria da tenacidade, mas se o teor for mui-to alto, ele forma TiC. Isto degrada a tenacidade na HAZ, então 0,005 a0,015% é uma faixa adequada.
O O (oxigênio) é necessário para a formação de uma grandequantidade de oxido de Ti. Se menor que 0,0010%, o efeito é pequeno, en-quanto se acima de 0,0045%, ele forma oxido de Ti bruto a degrada pronun-ciadamente a tenacidade, então a faixa de teor foi feita 0,0010 a 0,0045%.
O N é necessário para formar nitretos finos de Ti e melhorar atenacidade do material base e a tenacidade na HAZ, mas se for menor que0,002% o efeito é pequeno, enquanto se for acima de 0,006% são formadosdefeitos de superfície no momento da produção da barra, então o limite superior foi feito 0,006%.
Além disso, o Nb e o V são inerentemente elementos de fragilização. Conforme mostrado pelo grande coeficiente na fórmula (A), sua presença faz o CeH crescer grandemente e faz a tenacidade na HAZ cair notavelmente, então esses não são deliberadamente adicionados na presenteinvenção. Mesmo quando incluídos como impurezas no aço, para garantir atenacidade, o Nb tem que ser limitado a 0,003% ou menos. Além disso, o Vtem que ser limitado a 0,030% ou menos, preferivelmente 0,020% ou menos.
Cu e Ni resultam em uma pequena deterioração da tenacidadena HAZ devido à sua adição, têm o efeito de aumentar a resistência do material base, e são eficazes para uma outra melhoria das propriedades, masaumentam os custos de produção, então os limites superiores dos teoresquando adicionados foram feitos: Cu: 0,25% e Ni: 0,50%.
Mesmo se limitarmos os ingredientes no aço da forma acima, senão formar uma estrutura adequada por um método de produção adequado,os efeitos desejados não podem ser exibidos. Devido a isso, as condiçõesde produção também têm que ser consideradas.
O aço da presente invenção é preferivelmente produzido industrialmente por lingotamento contínuo. As razões são que a taxa de resfriamento de solidificação do aço fundido é rápida e é possível formar óxidosfinos de Ti e nitretos de Ti em grandes quantidades na placa. Quando selamina a placa, a temperatura de reaquecimento tem que ser feita 1100°C oumenos. Se a temperatura de reaquecimento exceder 1100°C, os nitretos deTi tornam-se mais brutos, a tenacidade do material base diminui, e o efeitode melhoria da tenacidade na HAZ não pode ser esperado.
A seguir, o método de produção após o reaquecimento requertratamento pelo processo de controle termomecânico. A razão é que mesmose uma tenacidade superior na HAZ for obtida, se a tenacidade do materialbase for inferior, o produto de aço é insuficiente. Como métodos de trata-mento pelo processo de controle termomecânico, 1) laminação controlada,2) controle de laminação-resfriamento acelerado, 3) têmper-revenido diretoapós a laminação, etc. podem ser mencionados, mas os métodos preferidossão laminação controlada-resfriamento acelerado e o resfriamento-revenidodireto após a laminação.
Note que após a produção do aço, mesmo se reaquecermos atéuma temperatura do ponto de transformação Ar3 ou maior com o propósitode desidroge nação etc. os aspectos característicos da presente invençãonão são prejudicados.
Além disso, o método acima mencionado é um exemplo de ummétodo de produção do aço da presente invenção. O método de produçãodo aço da presente invenção não é limitado ao método acima.
Exemplos
Chapas de aço de espessura grossa de vários ingredientes deaço foram produzidas pelo processo de lingotamento de chapas de bitolagrossa por conversor contínuo. A resistência do material base foi determina-da e o teste CTOD das juntas soldadas foi executado. A soldagem foi execu-tada pelo método de soldagem de arco submerso (SAW), usado geralmentepara soldagem de teste, com uma entrada de calor de soldagem de 4,5 a 5,0kJ/mm na ranhura K de forma que a linha de fusão da solda (FL) se torneperpendicular. O teste CTOD foi executado por uma chapa de uma dimen-são de t (espessura da chapa) x 2t entalhada pela introdução de uma fraturade fadiga na locação FL. A Tabela 1 mostra exemplos da presente invençãoe exemplos comparativos.
A chapa de aço produzida pela presente invenção (Aços da in-venção nos 1 a 20) tiveram limites de elasticidade (YS) de 430 N/mm2 oumais e apresentaram boa tenacidade de ruptura dos valores CTOD a -20°C,-40°C e -60°C, todos de 0,27 mm ou mais.
Em oposição a isso, os Aços Comparativos 21 a 26 tiveram re-sistências e valores CTOD inferiores aos aços da invenção, e não possuemas propriedades necessárias como chapas de aço usadas sob ambientesseveros. O Aço comparativo 21 teve adicionado o Nb, portanto o teor de Nbda chapa de aço tornou-se alto, então o valor CTOD foi um valor baixo. Oaço comparativo 22 teve um teor de C muito alto e também um valor de CeHmuito alto, então o valor CTOD foi um valor baixo. Os aços comparativos 23e 24 tiveram CeH's baixos, mas o teor de Al foi muito alto, os óxidos de Tiforam formados insuficientemente, e a microestrutura não foi tornada suficientemente mais fina. O aço comparativo 25 teve um CeH de cerca do mesmo valor do aço da invenção, mas o teor de C foi muito baixo e o teor de Ofoi muito alto, então a resistência do material base foi baixa e o valor CTODfoi um valor baixo. O aço comparativo 26 teve uma quantidade excessivamente alta de Nb misturada como uma impureza, então apesar do CeH ser baixo, a resistência do material base e o valor CTOD foram valores baixos.Tabela 1
<table>table see original document page 11</column></row><table><table>table see original document page 12</column></row><table>Método de tratamento de aquecimento no trabalho:
CR: laminação controlada (laminação em uma região ótima detemperatura para resistência e tenacidade)
ACC: resfriamento acelerado (a água resfria abaixo da região detemperatura de 400 a 600°C após a laminação controlada)
DQ: Resfriamento-têmpera direto após a laminaçãoAplicabilidade Industrial
O aço produzido pela presente invenção tem alta resistência,tem uma propriedade CTOD extremamente boa da parte FL onde a tenacidade se degrada na maioria do tempo da soldagem, e apresenta tenacidadesuperior. Devido a isso, tornou-se possível a produção de um produto de açode alta resistência que possa ser usado em estruturas ao largo, edifícios resistentes a terremotos, e outros ambientes severos.
Claims (5)
1. Aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelo calorda soldagem caracterizada por conter, em % em massa, C: 0,02 a 0,06%, Si: 0,05 a 0,30%, Mn: 1,7 a 2,7%, P: 0,015% ou menos, S: 0,010% ou menos,Ti: 0,005 a 0,015%, O: 0,0010 a 0,0045% , e N: 0,0020 a 0,0060% e compreendendo um saldo de ferro e das inevitáveis impurezas, tendo uma quantidade de intermisturas de impurezas limitada a Al: 0,004% ou menos, Nb: 0,003% ou menos, e V:0,030% ou menos, e tendo um CeH representadopela fórmula (A) na faixa de 0,04 ou menos:CeH = C+1/4Si-1/24Mn+1/48Cu+1/32Ni+1/0,4Nb+1/2V ... (A)onde C, Si, Mn, Cu, Ni, Nb, e V representam ingredientes no aço(% em massa).
2. Aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelo calorda soldagem conforme apresentado na reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o CeH está na faixa de 0,01 ou menos.
3. Aço excelente em tenacidade de uma zona afetada pelo calorda soldagem conforme apresentado nas reivindicações 1 ou 2, caracterizadopor também conter, em % em massa, um tipo ou dois tipos de Cu: 0,25% oumenos e Ni: 0,50% ou menos.
4. Método de produção do aço excelente em tenacidade de umazona afetada pelo calor caracterizado pelo aquecimento de uma placa quesatisfaça as composições do aço e o CeH como definido na reivindicação 1até uma temperatura de 1100°C ou menos, e então tratando-o pelo processode controle termomecânico.
5. Método de produção do aço excelente em tenacidade de umazona afetada pelo calor da soldagem caracterizado pelo aquecimento deuma placa que satisfaça os ingredientes do aço e o CeH como definido nareivindicação 3 até uma temperatura de 1100°C ou menos, e então tratando-o pelo processo de controle termomecânico.
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