BRPI0911160B1 - superior fire-resistant steel material for resistance to reheatability of the heat-affected zone of the weld and low temperature toughness and method of production thereof - Google Patents
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Abstract
material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da solda e em tenacidade a baixa temperatura e método de produção do mesmo a presente invenção refere-se a um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura quando soldado com grande entrada de calor e exposto ao fogo e a um método de produção do mesmo, isto é, um material contendo c: 0,012 a 0,050%, mn: 0,80 a 2,00%, cr: 0,80 a 1 ,90%, e nb: 0,01 a menos de 0,05%, restringindo o teor de cu para o, 10% ou menos, contendo quantidades adequadas de si, n, ti, e ai, restringindo os teores de mo, b, p, s, e o, e tendo um saldo de fe e as inevitáveis impurezas, tendo teores de c, mn, cr, nb, e cusatisfazendo -1200c-20mn+30cr-330nb-120ccu maior igual a - 80, tendo uma estrutura de aço conforme observada em um microscópio ótico de uma fração de área de 80% ou mais de uma fase ferrita, e tendo um saldo da estrutura do aço de uma fase bainita, uma fase martensita, e uma estrutura mista martensitaaustenitasuperior fire-resistant steel material in resistance to reheatability of the heat-affected zone of the weld and low temperature toughness and method of manufacture thereof The present invention relates to a superior fire-resistant steel material in heat resistance Reheat embrittlement of the heat affected zone of the welding and low temperature toughness when welded with large heat input and exposed to fire and a method of production thereof, ie a material containing c: 0.012 to 0.050%, mn : 0.80 to 2.00%, cr: 0.80 to 1.90%, and nb: 0.01 to less than 0.05%, restricting the cu content to 10% or less containing quantities suitable for themselves, n, ti, and ai, restricting the contents of mo, b, p, s, and o, and having a balance of f and the inevitable impurities, having contents of c, mn, cr, nb, and satisfying -1200c-20mn + 30cr-330nb-120ccu greater than - 80, having a steel frame as observed under a single light microscope 80% or more of a ferrite phase, and having a steel structure balance of a bainite phase, a martensite phase, and a mixed martensite austenite structure
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAL DE AÇO RESISTENTE AO FOGO SUPERIOR EM RESISTÊNCIA À FRAGILIZAÇÃO POR REAQUECIMENTO DA ZONA AFETADA PELO CALOR DA SOLDA E EM TENACIDADE A BAIXA TEMPERATURA E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO".Invention Patent Descriptive Report for "SUPERIOR FIRE RESISTANT STEEL MATERIAL IN RESISTANCE TO THE FRAGILIZATION BY REHEATING THE AREA AFFECTED BY THE HEAT OF THE WELD AND IN LOW TEMPERATURE TENACITY AND THE PRODUCTION METHOD OF THE SAME".
Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se a um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da solda e em tenacidade a baixa temperatura e a um método de produção do mesmo. Antecedentes da Técnica [002] Estruturas de aço de edifícios etc. precisam apresentar resistência por um certo período para evitar colapso e permitir o escape dos residentes quando expostos ao fogo. Entretanto, em geral, materiais de aço falham quanto à resistência quando expostos a altas temperaturas, Portanto, no passado, como contramedida, foi empregada a técnica de fornecer o material de aço com um revestimento resistente ao fogo com o propósito de manter baixo o aumento da temperatura do material de aço no momento do fogo.Technical Field [001] The present invention relates to a steel material resistant to fire superior in resistance to embrittlement by reheating the area affected by the heat of the weld and in toughness at low temperature and to a method of production thereof. Background to the Technique [002] Steel structures of buildings, etc. they must resist for a period of time to avoid collapse and allow residents to escape when exposed to fire. However, in general, steel materials fail to resist when exposed to high temperatures. Therefore, in the past, as a countermeasure, the technique of providing the steel material with a fire resistant coating was used in order to keep the increase low. the temperature of the steel material at the time of the fire.
[003] Por outro lado, em anos recentes, devido a temas ambientais e temas de estética, etc., foi proposta a técnica de formar estruturas de aço sem se usar coberturas resistentes ao fogo. Várias escalas de fogo e temperaturas ambientes etc. podem ser previstas, então quando não se fornece os materiais de aço com coberturas resistentes ao fogo, os materiais de aço que suportam a resistência das estruturas precisam ter a resistência mais alta possível a altas temperaturas. A propriedade de não cair facilmente em resistência mesmo a altas temperaturas é chamada de "performance de resistência ao fogo".[003] On the other hand, in recent years, due to environmental and aesthetic themes, etc., the technique of forming steel structures without using fire resistant roofs has been proposed. Various ranges of fire and ambient temperatures etc. can be predicted, so when steel materials with fire resistant covers are not provided, the steel materials that support the strength of the structures need to have the highest possible resistance to high temperatures. The property of not falling easily in resistance even at high temperatures is called "fire resistance performance".
[004] Para materiais de aço que forneçam tal performance de resistência ao fogo, no passado o Mo foi utilizado positivamente. O Mo é um elemento útil para aumentar a resistência à alta temperatura pelo reforço da precipitação. Entretanto, nos últimos anos, o preço do Mo disparou, então foi proposta a técnica baseada em ligas não dependendo da adição de MO (veja, por exemplo, as PLTs 1 a 4).[004] For steel materials that provide such fire resistance performance, Mo has been used positively in the past. Mo is a useful element to increase resistance to high temperature by reinforcing precipitation. However, in recent years, the price of Mo has skyrocketed, so the technique based on alloys has been proposed not depending on the addition of MO (see, for example, PLTs 1 to 4).
[005] Além disso, quando uma estrutura de aço é exposta ao fogo, a zona afetada pelo calor (algumas vezes citada mais adiante como "HAZ") da junta de soldagem algumas vezes não pode adaptar-se às deformações e fraturas. O baixo nível de capacidade de deformação da HAZ quando exposta à alta temperatura (chamada mais adiante algumas vezes de "fragilização por reaquecimento da HAZ") é particularmente notável no aço que contenha Mo ou B. Por esta razão, foi proposto o aço que usa uma um reforço da solução pelo Nb para aumentar a resistência à alta temperatura e suprimir a adição de Mo ou B (veja, por exemplo, a PLT 5).[005] In addition, when a steel structure is exposed to fire, the heat-affected area (sometimes referred to below as "HAZ") of the welding joint cannot sometimes adapt to deformations and fractures. The low level of deformation capacity of HAZ when exposed to high temperature (sometimes referred to later as "HAZ rewarm embrittlement") is particularly noticeable in steel containing Mo or B. For this reason, the steel that uses a reinforcement of the solution by Nb to increase resistance to high temperature and suppress the addition of Mo or B (see, for example, PLT 5).
Lista de Citações Literatura da Patente [006] PLT 1: Publicação da Patente Japonesa (A) n° 2002-115022 [007] PLT 2: Publicação da Patente Japonesa (A) n° 2007-211278 [008] PLT 3: Publicação da Patente Japonesa (A) n° 2007-224415 [009] PLT 4: Publicação da Patente Japonesa (A) n° 2008-88547 [0010] PLT 5: Publicação da Patente Japonesa (A) n°. 2008-121081 Sumário da Invenção Problema Técnico [0011] Nos últimos anos, os edifícios se tornaram maiores em tamanho e mais altos quanto ao número de andares. Em particular, quando estruturas soldadas se tornaram maiores em tamanho, os materiais de aço usados se tornaram maiores em tamanho e a eficiência da soldagem necessária se tornou maior. Devido a isso, a entrada de calor no momento da soldagem se torna maior. Com soldagem com grande entrada de calor, o aumento na temperatura da HAZ no momento da soldagem se torna notável e a taxa de resfriamento cai. [0012] Por esta razão, o embrutecimento dos grãos da austenita antiga (algumas vezes referida mais adiante como "γ antiga") e é promovida a precipitação de carbonetos etc. nas bordas dos grãos da γ antiga da HAZ. Como resultado, as quedas na fragilização por reaquecimento e na tenacidade da HAZ se tornam notáveis.List of Citations Patent Literature [006] PLT 1: Japanese Patent Publication (A) No. 2002-115022 [007] PLT 2: Japanese Patent Publication (A) No. 2007-211278 [008] PLT 3: Publication of Japanese Patent (A) No. 2007-224415 [009] PLT 4: Japanese Patent Publication No. A 2008-88547 [0010] PLT 5: Japanese Patent Publication (A) No. 2008-121081 Summary of the Invention Technical Problem [0011] In recent years, buildings have become larger in size and taller in terms of the number of floors. In particular, when welded structures became larger in size, the steel materials used became larger in size and the required welding efficiency became greater. Because of this, the heat input at the time of welding becomes greater. With high heat input welding, the increase in HAZ temperature at the time of welding becomes noticeable and the cooling rate drops. [0012] For this reason, the hardening of the grains of ancient austenite (sometimes referred to later as "γ ancient") and the precipitation of carbides etc. is promoted. at the grain edges of the old HAZ γ. As a result, the declines in HAZ embrittlement and tenacity become noticeable.
[0013] Além disso, para aumentar a resistência à alta temperatura de um material de aço, após a laminação, é preferível executar um resfriamento acelerado para suprimir a formação de bainita. Por outro lado, se for executado o resfriamento acelerado, devido ao controle da temperatura no momento do resfriamento ou não-uniformidade do resfriamento, o material de aço algumas vezes se deforma. Portanto, como método de produção de um material de aço, o método de não execução do resfriamento acelerado após a laminação a quente, mas permitindo o resfriamento natural, é preferível.[0013] In addition, to increase the high temperature resistance of a steel material, after rolling, it is preferable to perform an accelerated cooling to suppress the formation of bainite. On the other hand, if accelerated cooling is performed, due to temperature control at the time of cooling or non-uniform cooling, the steel material sometimes deforms. Therefore, as a method of producing a steel material, the method of not carrying out accelerated cooling after hot rolling, but allowing for natural cooling, is preferable.
[0014] Entretanto, quando se permite o resfriamento natural após a laminação a quente, se torna difícil obter uma estrutura bainita. Isto é desvantajoso para se obter resistência à alta temperatura. Além disso, se aumentar-se a quantidade de adição de elementos de ligação para garantir a resistência à alta temperatura sem resfriamento acelerado, houve o problema de que as precipitações nas bordas dos grãos etc. provocaram fragilização por reaquecimento da HAZ.[0014] However, when natural cooling is allowed after hot rolling, it becomes difficult to obtain a bainite structure. This is disadvantageous to obtain high temperature resistance. In addition, if the amount of addition of connecting elements is increased to ensure resistance to high temperature without accelerated cooling, there was a problem that precipitations at the grain edges etc. caused fragility by reheating of HAZ.
[0015] A presente invenção foi feita em consideração do problema acima e tem como seu objetivo o fornecimento de um material de aço resistente ao fogo superior e, resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ e tenacidade à baixa temperatura mesmo no caso de soldagem com uma grande entrada de calor e de um método de produção do mesmo.[0015] The present invention was made in consideration of the above problem and its objective is to provide a steel material resistant to superior fire and resistance to embrittlement by reheating of HAZ and tenacity at low temperature even in the case of welding with a large heat input and a method of producing it.
Solução para o Problema [0016] Os inventores se engajaram em estudos detalhados através de experiências e análise das composições químicas e das condições de produção para evitar a fragilização por reaquecimento da HAZ com grande entrada de calor e garantir a tenacidade à baixa temperatura da HAZ. Como resultado eles descobriram que para garantir tanto a resistência à fragilização por reaquecimento quanto a tenacidade à baixa temperatura da HAZ, o controle dos teores de C, Mn, Cr, Nb, e Cu é extremamente importante.Solution to the Problem [0016] The inventors engaged in detailed studies through experiments and analysis of chemical compositions and production conditions to avoid embrittlement by reheating the HAZ with high heat input and ensuring the HAZ's low temperature toughness. As a result, they found that in order to guarantee both the resistance to embrittlement by reheating and the low temperature toughness of HAZ, the control of C, Mn, Cr, Nb, and Cu contents is extremely important.
[0017] A essência da presente invenção, com base nessa descoberta, é como segue: (1) Um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pela soldagem e em tenacidade a baixa temperatura caracterizada por conter, em % em massa, C: 0,012% a 0,050%, Si: 0,01% a 0,50%, Mn: 0,80% a 2,00%, Cr: 0,80% a 1,90%, Nb: 0,01% a 0,05%, N: 0,001% a 0,006%, Ti: 0,010% a 0,030%, e Al: 0,005% a 0,10%, [0018] Também limitando os teores de Cu, Mo, B, P, S, e O em: Cu: 0,10% ou menos, Mo: menos que 0,01%, B: menos que 0,0003%, P: menos que 0,02%, S: menos que 0,01%, e O: menos que 0,01%, e [0019] tendo um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas, [0020] tendo teores de C, Mn, Cr, Nb, e Cu [% em massa] satisfazendo -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu>-80, [0021] Tendo uma estrutura de aço conforme em um microscópio ótico de uma fração de área de 80% ou mais de uma fase ferrita, e tendo um saldo da estrutura do aço de uma fase bainita, fase martensita e uma estrutura mista martensita-austenita. (2) Um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado no item (1) caracterizado por também conter, em % em massa, um ou ambos entre V: 0,40% ou menos, e Ni: 1,00% ou menos. (3) Um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura conforme apresentado nos itens (1) e (2) acima caracterizado por também conter, em % em massa, Zr: 0,010% ou menos, Mg: 0,005% ou menos, Ca: 0,005% ou menos, Y: 0,050% ou menos, La: 0,050% ou menos, e Ce: 0,050% ou menos. (4) Um método de produção de um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura caracterizado pelo aquecimento de uma placa de aço tendo composições de aço conforme apresentadas em qualquer um dos itens (1) a (3) acima até 1150 a 1300°C de temperatura, e então trabalhando a quente ou laminando a quente a placa até 800°C a 900°C de temperatura por uma razão de redução de 50% ou mais e então deixando-o resfriar; (5) Um método de produção de um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura caracterizado pela aplicação do método de produção conforme apresentado no item (4) acima, e então tratando o material de aço na faixa de 400°C até menos de 650°C de temperatura por 5 minutos a 360 minutos para temperar o tratamento térmico. Efeitos Vantajosos da Invenção [0022] De acordo com a presente invenção, é obtido um material de aço resistente ao fogo tendo um alto limite de elasticidade a 600°C de temperatura mesmo se exposto ao fogo, contido em fragilidade por reaquecimento na zona afetada pelo calor da soldagem e superior em tenacidade a baixa temperatura do material base e da zona afetada pelo calor da solda. Além disso, torna-se possível produzir um material de aço resistente ao fogo superior em resistência à fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da soldagem e em tenacidade a baixa temperatura por um método de produção de alta produtividade usando-se o aço conforme laminado a quente.[0017] The essence of the present invention, based on this discovery, is as follows: (1) A steel material resistant to fire superior in embrittlement resistance by reheating the area affected by welding and in tenacity at low temperature characterized by containing, in% by mass, C: 0.012% to 0.050%, Si: 0.01% to 0.50%, Mn: 0.80% to 2.00%, Cr: 0.80% to 1.90%, Nb : 0.01% to 0.05%, N: 0.001% to 0.006%, Ti: 0.010% to 0.030%, and Al: 0.005% to 0.10%, [0018] Also limiting the contents of Cu, Mo, B, P, S, and O in: Cu: 0.10% or less, Mo: less than 0.01%, B: less than 0.0003%, P: less than 0.02%, S: less than 0.01%, and O: less than 0.01%, and [0019] having a balance of Fe and the inevitable impurities, [0020] having levels of C, Mn, Cr, Nb, and Cu [mass%] satisfying -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu> -80, [0021] Having a steel structure conforming to an optical microscope with an area fraction of 80% or more of a ferrite phase, and having a balance of the structure of the steel of a bainite phase, phase martensite and a mixed martensite-austenite structure. (2) A fire-resistant steel material superior in embrittlement resistance by reheating the area affected by the heat of welding and in low temperature toughness as presented in item (1), characterized by also containing, in mass%, one or both between V: 0.40% or less, and Ni: 1.00% or less. (3) A steel material resistant to fire superior in resistance to embrittlement by reheating the area affected by the heat of the welding and in tenacity at low temperature as presented in items (1) and (2) above characterized by also containing, in% in mass, Zr: 0.010% or less, Mg: 0.005% or less, Ca: 0.005% or less, Y: 0.050% or less, La: 0.050% or less, and Ce: 0.050% or less. (4) A method of producing a fire-resistant steel material superior in embrittlement resistance by reheating the area affected by the heat of welding and in low temperature toughness characterized by heating a steel plate having steel compositions as presented in any of items (1) to (3) above up to 1150 to 1300 ° C temperature, and then hot working or hot laminating the plate to 800 ° C at 900 ° C temperature for a 50% reduction rate or more and then letting it cool down; (5) A method of producing a fire-resistant steel material superior in embrittlement resistance by reheating the area affected by the heat of the welding and in low temperature toughness characterized by the application of the production method as presented in item (4) above , and then treating the steel material in the range of 400 ° C to less than 650 ° C in temperature for 5 minutes to 360 minutes to temper the heat treatment. Advantageous Effects of the Invention [0022] According to the present invention, a fire-resistant steel material having a high elasticity limit at 600 ° C in temperature is obtained even if exposed to fire, contained in fragility by reheating in the area affected by the heat of the welding and superior in tenacity at low temperature of the base material and the zone affected by the heat of the welding. In addition, it is possible to produce a fire-resistant steel material superior in embrittlement resistance by reheating the area affected by the heat of welding and in low temperature toughness by a high productivity production method using steel as laminated the hot.
[0023] Portanto, a contribuição do material resistente ao fogo da presente invenção para a garantia da segurança de edifícios que o usam é extremamente grande. A contribuição para a indústria é extremamente notável.[0023] Therefore, the contribution of the fire-resistant material of the present invention to ensuring the safety of buildings that use it is extremely great. The contribution to the industry is extremely remarkable.
Breve Descrição dos Desenhos [0024] A figura 1 é uma vista mostrando os efeitos de C, Mn, Cr, Nb, e Cu na resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ. Configurações da Invenção [0025] Como uma das características da presente invenção, pode ser mencionado o uso positive de Cr. Mesmo adicionando-se Cr, isto não contribuirá muito para o limite de elasticidade ou para o limite de resistência à tração à temperatura ambiente e para a resistência à alta temperatura. Entretanto, a adição de Cr resulta em um alívio notável na fragilização por reaquecimento da HAZ.Brief Description of the Drawings [0024] Figure 1 is a view showing the effects of C, Mn, Cr, Nb, and Cu on the resistance to embrittlement by reheating of HAZ. Invention Configurations [0025] As one of the characteristics of the present invention, the positive use of Cr. Even adding Cr, this will not contribute much to the elasticity limit or the limit of tensile strength at room temperature and resistance to high temperature. However, the addition of Cr results in a noticeable relief from HAZ embrittlement by rewarming.
[0026] Isto é considerado ser devido ao fato de que o Cr forma vários nm a dezenas de nm de grupos de carbonetos. Devido à formação de carbonetos finos de Cr, a formação de carbonetos brutos que provoca a fragilização das bordas dos grãos e a segregação do C nas bordas dos grãos é suprimida.[0026] This is considered to be due to the fact that Cr forms several nm to tens of nm of carbide groups. Due to the formation of fine Cr carbides, the formation of crude carbides that causes the grain edges to weaken and the segregation of C at the grain edges is suppressed.
[0027] Além disso, para garantir a resistência à alta temperatura, é necessário introduzir deslocações na estrutura do material de aço. Para introdução de deslocações, a formação de martensita, bainita e outras fases duras é eficaz. É necessário adicionar certas quantidades de C, Mn e Nb como elementos que melhoram a capacidade de endurecimento.[0027] In addition, to ensure resistance to high temperature, it is necessary to introduce displacements in the structure of the steel material. For introducing displacements, the formation of martensite, bainite and other hard phases is effective. It is necessary to add certain amounts of C, Mn and Nb as elements that improve the hardening capacity.
[0028] Por outro lado, para se obter uma tenacidade suficiente a baixa temperatura no momento da soldagem com grande entrada de calor, é necessário limitar a quantidade de C até um nível menor que os materiais de aço para uso geral, isto é, 0,05% ou menos. Além disso, limitando-se a quantidade de C em 0,05% ou menos, a tenacidade a baixa temperatura do material base pode também ser garantida. Além disso, o C e o Nb que contribuem para a formação de carbonetos diminuem a resistência à fragilização por reaquecimento. Também o Cu melhora a capacidade de endurecimento, mas a fragilização por reaquecimento da HAZ se torna notável.[0028] On the other hand, in order to obtain sufficient toughness at low temperature when welding with high heat input, it is necessary to limit the amount of C to a lower level than steel materials for general use, that is, 0 , 05% or less. In addition, by limiting the amount of C to 0.05% or less, the low temperature toughness of the base material can also be guaranteed. In addition, the C and Nb that contribute to the formation of carbides decrease the resistance to embrittlement by reheating. Cu also improves the hardening capacity, but the HAZ embrittlement becomes noticeable.
[0029] A seguir, o B, que forma nitretos nas bordas dos grãos e provoca uma redução notável da resistência à fragilização por reaquecimento, é limitado em seu teor em menos de 0,0003% e preferivelmente não é adicionado. Também para o Mo, para suprimir a precipitação de carbonetos de Mo e fases Laves nos limites dos grãos, o Mo não é positivamente adicionado e é restrito em teor a menos de 0,01%. Por outro lado, o Ti é eficaz para alívio da fragilização por reaquecimento. A razão é que carbonetos e nitretos de Ti se precipita dentro dos grãos bem como através disso os carbonetos e nitretos que se precipitam nas bordas dos grãos são reduzidos.[0029] Next, B, which forms nitrides at the grain edges and causes a noticeable reduction in resistance to embrittlement by reheating, is limited in its content to less than 0.0003% and is preferably not added. Also for Mo, to suppress the precipitation of Mo carbides and smooth phases at the grain boundaries, Mo is not positively added and is restricted in content to less than 0.01%. On the other hand, Ti is effective for relieving embrittlement by reheating. The reason is that Ti carbides and nitrides precipitate within the grains as well as the carbides and nitrides that precipitate at the grain edges are reduced.
[0030] Além disso, os inventores etc. se engajaram em estudos detalhados através de experiências e análise dos efeitos dos vários elementos de ligação do aço resistente ao fogo na fragilização por reaquecimento da HAZ. Especificamente, eles produziram aços resistentes ao fogo tendo várias composições contendo C: 0,010 a 0,050%, Si: 0,01 a 0,50%, Mn: 0,80 a 2,00%, Cr: 0,80 a 1,90%, Nb: 0,01 a menos que 0,05%, N: 0,001 a 0,006%, Ti: 0,010 a 0,030%, Al: 0,005 a 0,10%, e Cu: 0 a 0,10% e tendo um saldo de Fe. Note que, para o método de produção, foi empregado um processo que não envolve resfriamento acelerado, mas permite resfriamento natural após a laminação a quente.[0030] Furthermore, inventors etc. engaged in detailed studies through experiments and analysis of the effects of the various elements of connection of fire-resistant steel in the embrittlement by reheating of HAZ. Specifically, they produced fire resistant steels having various compositions containing C: 0.010 to 0.050%, Si: 0.01 to 0.50%, Mn: 0.80 to 2.00%, Cr: 0.80 to 1.90 %, Nb: 0.01 less than 0.05%, N: 0.001 to 0.006%, Ti: 0.010 to 0.030%, Al: 0.005 to 0.10%, and Cu: 0 to 0.10% and having a Fe balance. Note that, for the production method, a process was employed that does not involve accelerated cooling, but allows natural cooling after hot rolling.
[0031] Os corpos de prova foram obtidos dos aços resistentes ao fogo e submetidos a ciclos de aquecimento antevendo a soldagem por uma entrada de calor de 10 kJ/mm. O "ciclo de aquecimento antevendo a soldagem por uma entrada de calor de 10 kJ/mm" é a história térmica do aquecimento da temperatura ambiente até 1400°C a 20°C/s, mantendo a 1400°C por 2 segundos, e então resfriando durante o que se faz a taxa de resfriamento de 800°C a 500°C 3°C/s. Após isto, os corpos de prova foram aquecidos da temperatura ambiente até 600°C de temperatura acima de 60 minutos, mantido a 600°C por 30 minutos, e então submetidos a testes de tração a 600°C é medida e a redução de área das partes fraturadas dos corpos de prova. Os valores de redução de área foram usados como indicadores da fragilização por reaquecimento da HAZ. 20% ou mais foi considerado bom.[0031] The specimens were obtained from fire-resistant steels and subjected to heating cycles anticipating welding by a heat input of 10 kJ / mm. The "heating cycle anticipating welding by a 10 kJ / mm heat input" is the thermal history of heating from room temperature to 1400 ° C to 20 ° C / s, holding at 1400 ° C for 2 seconds, and then cooling during the cooling rate from 800 ° C to 500 ° C 3 ° C / s. After that, the specimens were heated from room temperature to 600 ° C above 60 minutes, maintained at 600 ° C for 30 minutes, and then subjected to tensile tests at 600 ° C is measured and the reduction in area of the fractured parts of the specimens. The area reduction values were used as indicators of the HAZ embrittlement weakening. 20% or more was considered good.
[0032] Como resultado, pela análise de regressão linear múltipla, foi descoberto que a resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ pode ser definida por -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu. Além disso, conforme mostrado na FIG. 1, foi descoberto que para garantir a resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ, é necessário que os teores de C, Mn, Cr, Nb, e Cu satisfaçam a fórmula a seguir usando-se os teores dos elementos (% em massa): -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu>-80 [0033] Note que, quando o Cu não é incluído, os elementos devem satisfazer -1200C-20Mn+30Cr-330Nb>-80, [0034] Aqui um limite superior de -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu não é ajustado uma vez que quanto maior o valor, melhor a resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ. Entretanto, com base nos valores dos limites inferiores dos teores de C, Mn, Nb, e Cu e no valore do limite superior do teor de Cr, o limite superior de -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu se torna 23,3.[0032] As a result, by the analysis of multiple linear regression, it was discovered that the resistance to embrittlement by reheating of the HAZ can be defined by -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu. In addition, as shown in FIG. 1, it was discovered that to guarantee resistance to embrittlement by reheating of HAZ, it is necessary that the contents of C, Mn, Cr, Nb, and Cu satisfy the following formula using the contents of the elements (mass%): -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu> -80 [0033] Note that, when Cu is not included, the elements must satisfy -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb> -80, [0034] Here an upper limit of -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu is not adjusted since the higher the value, the better the resistance to embrittlement by reheating the HAZ. However, based on the values of the lower limits of the levels of C, Mn, Nb, and Cu and the value of the upper limit of the Cr content, the upper limit of -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu becomes 23.3 .
[0035] Conforme explicado acima, em particular, controlando-se as quantidades de adição de C, Mn, Cr, Nb, Ti, Cu, Mo, e B, é possível garantir resistência à alta temperatura no material base e alcançar tanto resistência à fragilização por reaquecimento quanto tenacidade a baixa temperatura da HAZ no momento da soldagem com grande entrada de calor.[0035] As explained above, in particular, by controlling the addition amounts of C, Mn, Cr, Nb, Ti, Cu, Mo, and B, it is possible to guarantee high temperature resistance in the base material and achieve both resistance to embrittlement by reheating in terms of tenacity at low temperature of HAZ at the time of welding with high heat input.
[0036] Além disso, com o sistema de composições da presente invenção, executando-se a laminação a quente ou o trabalho a quente a 800°C ou mais, e então deixando-se o aço resfriar naturalmente, é obtido um material resistente ao fogo tendo uma resistência à tração à temperatura ambiente de 400 MPa a 610 MPa. Em particular, o limite de escoamento a 600°C de temperatura se torna 157 MPa ou mais quando a resistência à tração à temperatura ambiente está na faixa de 400 a 489 MPa e se torna 217 MPa ou mais quando a resistência à tração à temperatura ambiente está na faixa de 490 a 610 MPa.[0036] In addition, with the compositional system of the present invention, by performing hot rolling or hot working at 800 ° C or more, and then allowing the steel to cool naturally, a material resistant to fire having a tensile strength at room temperature of 400 MPa to 610 MPa. In particular, the yield limit at 600 ° C temperature becomes 157 MPa or more when the tensile strength at room temperature is in the range of 400 to 489 MPa and becomes 217 MPa or more when the tensile strength at room temperature is in the range of 490 to 610 MPa.
[0037] Além disso, após o processo de resfriamento natural até a temperatura ambiente após a laminação a quente, temperando-se a 400°C a 650°C, torna-se possível diminuir apenas a resistência à tração à temperatura ambiente sem diminuir a resistência à alta temperatura e melhorar a tenacidade a baixa temperatura do material base.[0037] In addition, after the natural cooling process to room temperature after hot rolling, tempering at 400 ° C to 650 ° C, it is possible to decrease only the tensile strength at room temperature without decreasing the high temperature resistance and improve the low temperature toughness of the base material.
[0038] A presente invenção será explicada em detalhes abaixo. [0039] Inicialmente, será explicada a razão para limitação das faixas das composições químicas essenciais definidas para trabalhar a presente invenção. Note que, na explicação a seguir, as quantidades de adição dos elementos estão todas expressas em % em massa.[0038] The present invention will be explained in detail below. [0039] Initially, the reason for limiting the ranges of the essential chemical compositions defined to work with the present invention will be explained. Note that, in the following explanation, the addition quantities of the elements are all expressed in% by mass.
[C: 0,012% a 0,050%] [0040] C é um elemento eficaz para melhorar a capacidade de endurecimento do material de aço e é adicionado em uma quantidade de 0,012% ou mais. Note que do ponto de vista de garantir suficientemente a capacidade de endurecimento, a adição de 0,015% ou mais ou 0,020% ou mais é mais preferível. Por outro lado, se adicionado acima de 0,050% de C, na HAZ no momento da soldagem com grande entrada de calor, são formadas muitas estruturas mistas martensita-austenita (chamadas abaixo algumas vezes de "fases MA") ou carbonetos precipitados. Como resultado, algumas vezes a tenacidade a baixa temperatura da HAZ é degradada notavelmente. Em adição, algumas vezes a quantidade de carbonetos que se precipita nos limites da HAZ no momento de um incêndio é aumentada e a fragilização por reaquecimento da HAZ é provocada. Por esta razão, a faixa de adição de C foi definida como 0,012% a 0,050%. Para garantir a resistência, o C é preferivelmente adicionado em uma quantidade de 0,020% ou mais. Por outro lado, para aumentar a tenacidade à baixa temperatura da HAZ, o limite superior da quantidade de C é preferivelmente ajustado em 0,040% ou menos.[C: 0.012% to 0.050%] [0040] C is an effective element to improve the hardening capacity of the steel material and is added in an amount of 0.012% or more. Note that from the point of view of sufficiently guaranteeing the curing capacity, the addition of 0.015% or more or 0.020% or more is more preferable. On the other hand, if added above 0.050% C, in HAZ at the time of welding with high heat input, many mixed martensite-austenite structures (sometimes referred to as "MA phases" below) or precipitated carbides are formed. As a result, HAZ's low temperature toughness is sometimes degraded remarkably. In addition, sometimes the amount of carbides that precipitate at the HAZ boundaries at the time of a fire is increased and the HAZ embrittlement is caused by reheating. For this reason, the C addition range was defined as 0.012% to 0.050%. To ensure strength, C is preferably added in an amount of 0.020% or more. On the other hand, to increase the HAZ low temperature toughness, the upper limit on the amount of C is preferably adjusted to 0.040% or less.
[Si: 0,01% a 0,50%] [0041] Si é um elemento desoxidante e um elemento que contribui para a melhoria da capacidade de endurecimento. Pelo menos 0,01% ou mais é adicionado. Por outro lado, se adicionarmos Si acima de 0,50%, algumas vezes a quantidade de formação de fase MA da HAZ no momento da soldagem com grande entrada de calor é aumentada e a tenacidade a baixa temperatura é reduzida. Por esta razão, a faixa de adição de Si é definida como 0,01% a 0,50%. Para aumentar a resistência, a adição de 0,05% ou mais de Si é preferível. Além disso, para aumentar a tenacidade da HAZ, é preferível fazer o limite superior da quantidade de Si 0,30% ou menos.[Si: 0.01% to 0.50%] [0041] Si is a deoxidizing element and an element that contributes to the improvement of the hardening capacity. At least 0.01% or more is added. On the other hand, if we add Si above 0.50%, sometimes the amount of HAZ's MA phase formation at the time of welding with high heat input is increased and the low temperature toughness is reduced. For this reason, the Si addition range is defined as 0.01% to 0.50%. To increase resistance, adding 0.05% or more of Si is preferable. In addition, to increase the toughness of HAZ, it is preferable to set the upper limit on the amount of Si 0.30% or less.
[Mn: 0,80% a 2,00%] [0042] Mn é eficaz para melhorar a capacidade de endurecimento. Para garantir a resistência à tração de 400 MPa à temperatura ambiente almejada na presente invenção, a adição de 0,80% ou mais é necessária. Por outro lado, o Mn é susceptível a segregar nas bordas dos grãos e agravar a fragilização por reaquecimento da HAZ, então o limite superior da quantidade de adição foi ajustado em 2,00%. Para aumentar a resistência, a adição de 1,00% ou mais de Mn é preferível. Por outro lado, para garantir a resistência à fragilização por reaquecimento da HAZ, o limite superior da quantidade de Mn é preferivelmente feito 1,60%" ou menos. Para aumentar a tenacidade à baixa temperatura da HAZ, o limite superior da quantidade de Mn é preferivelmente ajustado para 1,50% ou menos.[Mn: 0.80% to 2.00%] [0042] Mn is effective in improving the hardening capacity. In order to guarantee the tensile strength of 400 MPa at the desired ambient temperature in the present invention, the addition of 0.80% or more is necessary. On the other hand, Mn is susceptible to segregate at the grain edges and aggravate the embrittlement by reheating the HAZ, so the upper limit of the amount of addition has been adjusted to 2.00%. To increase resistance, adding 1.00% or more of Mn is preferable. On the other hand, to guarantee resistance to embrittlement by reheating of HAZ, the upper limit of the amount of Mn is preferably made 1.60% "or less. To increase the toughness at low temperature of the HAZ, the upper limit of the amount of Mn it is preferably adjusted to 1.50% or less.
[Cr: 0,80% a 1,90%] [0043] O Cr não contribui muito para o limite de elasticidade e a resistência à tração à temperatura ambiente e, além disso, não contribui muito para a melhoria da resistência à alta temperatura quando se usa materiais do sistema de composições químicas da presente invenção para produzir um material de aço como laminado a quente. Isto foi descoberto pela pesquisa dos inventores. Por outro lado, o Cr forma carbonetos finos e, portanto, consome átomos de carbono sem contribuir para a fragilização por reaquecimento da HAZ e tem o efeito de suprimir a fragilização por reaquecimento da HAZ devido ao embrutecimento dos carbonetos de V e de Nb.[Cr: 0.80% to 1.90%] [0043] Cr does not contribute much to the limit of elasticity and tensile strength at room temperature and, moreover, does not contribute much to the improvement of resistance to high temperature when using materials from the chemical composition system of the present invention to produce a hot rolled steel material. This was discovered by the inventors' research. On the other hand, Cr forms fine carbides and therefore consumes carbon atoms without contributing to the HAZ embrittlement by reheating and has the effect of suppressing the HAZ embrittlement by reheating due to the hardening of the V and Nb carbides.
[0044] Na presente invenção, em particular, para suprimir a fragilização por reaquecimento, 0,80% ou mais de Cr é adicionado. O limite inferior preferido da quantidade de Cr é 0,90% ou mais, enquanto o limite inferior preferivel é 1,00% ou mais, Além disso, se adicionarmos Cr acima de 1,90%, a tenacidade da HAZ cai devido ao endurecimento da HAZ e o aumento da fase MA, então o limite superior é feito 1,90%. O limite superior preferível da quantidade de Cr é 1,80% ou menos e o limite superior mais preferível é 1,50% ou menos.[0044] In the present invention, in particular, to suppress embrittlement by reheating, 0.80% or more of Cr is added. The preferred lower limit of the amount of Cr is 0.90% or more, while the preferred lower limit is 1.00% or more. In addition, if we add Cr above 1.90%, the HAZ toughness drops due to hardening. of HAZ and the increase of the MA phase, then the upper limit is made 1.90%. The preferable upper limit of the amount of Cr is 1.80% or less and the most preferable upper limit is 1.50% or less.
[0045] Nota-se que, na presente invenção, quanto maiores as quantidades de elementos adicionados tais como C, Mn, Nb, Ni, e Cu que agravam a fragilização por reaquecimento da HAZ, mais preferível é aumentar a quantidade de adição de Cr para se opor a isso.[0045] Note that, in the present invention, the greater the amounts of added elements such as C, Mn, Nb, Ni, and Cu that aggravate the embrittlement by reheating the HAZ, the more preferable it is to increase the amount of Cr addition to oppose that.
[Nb: 0,01% a menos de 0,05%] [0046] O Nb aumenta a capacidade de endurecimento do material de aço e contribui também para a melhoria da densidade de discordância. Ele se precipita como carbonetos ou nitretos e contribui para a melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e também a resistência à alta temperatura, então 0,01% ou mais é adicionado. Entretanto, se adicionarmos 0,05% ou mais de Nb, a queda na tenacidade da HAZ e na fragilidade por reaquecimento da HAZ provocada pela precipitação bruta de NbC nas bordas dos grãos se torna notável, então a quantidade de adição é restrita a 0,01% a menos de 0,05%. Para aumentar a resistência à tração à temperatura ambiente, é preferível adicionar Nb em uma quantidade de 0,02% ou mais. Por outro lado, para suprimir a queda na HAZ e na resistência à fragilização por reaquecimento, é preferível fazer o limite superior da quantidade de Nb menor que 0,03% [N: 0,001% a 0,006%] [0047] O N forma nitretos com vários tipos de elementos de ligação para contribuir para a melhoria da resistência à alta temperatura, então 0,001% ou mais á adicionado. O limite inferior preferível da quantidade de N é 0,002% ou mais, enquanto o mais preferível é 0,003% ou mais. Entretanto, se for adicionada uma grande quantidade de N, os nitretos que se precipitam nas bordas dos grãos da HAZ se tornam mais brutos e a fragilização por reaquecimento da HAZ se torna notável, então o limite superior foi feito 0,006%. O limite superior preferível da quantidade de N é 0,005% ou menos.[Nb: 0.01% to less than 0.05%] [0046] Nb increases the hardening capacity of the steel material and also contributes to the improvement of the discrepancy density. It precipitates as carbides or nitrides and contributes to the improvement of tensile strength at room temperature and also resistance to high temperature, so 0.01% or more is added. However, if we add 0.05% or more of Nb, the drop in HAZ toughness and HAZ reheat brittleness caused by gross NbC precipitation at the grain edges becomes noticeable, so the amount of addition is restricted to 0, 01% less than 0.05%. To increase the tensile strength at room temperature, it is preferable to add Nb in an amount of 0.02% or more. On the other hand, to suppress the drop in HAZ and resistance to embrittlement by reheating, it is preferable to make the upper limit of the amount of Nb less than 0.03% [N: 0.001% to 0.006%] [0047] ON forms nitrides with various types of connection elements to contribute to the improvement of resistance to high temperature, then 0.001% or more is added. The preferable lower limit of the amount of N is 0.002% or more, while the most preferable is 0.003% or more. However, if a large amount of N is added, the nitrides that precipitate at the edges of the HAZ grains become more crude and the HAZ embrittlement becomes noticeable, so the upper limit has been made 0.006%. The preferred upper limit for the amount of N is 0.005% or less.
[Ti: 0,010% a 0,030%] [0048] O Ti se precipita como carbonetos e nitretos e contribui para a melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e da resistência à alta temperatura. Além disso, o Ti se precipita na HAZ como carbonetos e nitretos não apenas nas bordas dos grãos, mas também dentro dos grãos e, portanto, consome o carbono e o nitrogênio. Como resultado, o Ti suprime a precipitação bruta de carbonetos ou nitretos de outros elementos de ligação nas bordas dos grãos e contribui para a supressão da fragilização por reaquecimento da HAZ. Para obter esses efeitos, é necessária a adição de 0,010% ou mais de Ti. O limite inferior preferível da quantidade de Ti é 0,015% ou mais, enquanto o limite inferior mais preferível é 0,020%. Por outro lado, adiciona-se Ti acima de 09,030, a tenacidade à baixa temperatura do material base cai notavelmente, então o limite superior foi feito 0,030%. O limite superior preferível da quantidade de Ti é 0,025% ou menos.[Ti: 0.010% to 0.030%] [0048] Ti precipitates as carbides and nitrides and contributes to the improvement of tensile strength at room temperature and resistance to high temperature. In addition, Ti precipitates out of the HAZ as carbides and nitrides not only at the edges of the grains, but also within the grains and therefore consumes carbon and nitrogen. As a result, Ti suppresses the gross precipitation of carbides or nitrides from other binding elements at the grain edges and contributes to the suppression of embrittlement by reheating the HAZ. To achieve these effects, it is necessary to add 0.010% or more of Ti. The preferable lower limit of the amount of Ti is 0.015% or more, while the most preferable lower limit is 0.020%. On the other hand, Ti is added above 09.030, the low temperature toughness of the base material drops noticeably, so the upper limit was made 0.030%. The preferable upper limit for the amount of Ti is 0.025% or less.
[Al: 0,005% a 0,10%] [0049] O Al é um elemento necessário para desoxidação do material de aço. Em particular, em um material de aço contendo Cr, o Al é adicionado como principal elemento desoxidante para evitar a oxidação do Cr durante o refino. Esse efeito de permitir o controle da concentração de oxigênio no aço fundido é obtido pela adição de 0,005% ou mais, então o valor do limite inferior de Al foi feito 0,005%. O limite inferior preferível da quantidade de Al é 0,020% ou mais, enquanto o mais preferível é 0,030% ou mais. Por outro lado, se o teor de Al exceder 0,10%, grupos de óxidos brutos são formados e a tenacidade do material de aço é prejudicada em alguns casos, então o valor do limite superior foi ajustado em 0,10%. O limite superior preferível da quantidade de Al é de 0,075% ou menos, enquanto o limite superior mais preferível é 0,050% ou menos.[Al: 0.005% to 0.10%] [0049] Al is a necessary element for deoxidizing steel material. In particular, in a steel material containing Cr, Al is added as the main deoxidizing element to prevent oxidation of Cr during refining. This effect of allowing control of the oxygen concentration in the molten steel is obtained by adding 0.005% or more, so the value of the lower limit of Al was made 0.005%. The preferable lower limit of the amount of Al is 0.020% or more, while the most preferable is 0.030% or more. On the other hand, if the Al content exceeds 0.10%, groups of crude oxides are formed and the toughness of the steel material is impaired in some cases, then the upper limit value has been adjusted to 0.10%. The preferable upper limit of the amount of Al is 0.075% or less, while the most preferable upper limit is 0.050% or less.
[Cu: 0,10% ou menos] [0050] O Cu e eficaz para melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e a resistência à alta temperatura pela melhoria da capacidade de endurecimento, mas na presente invenção é um elemento que provoca uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ. Portanto, embora a inclusão de uma pequena quantidade devido a fatores de produção industrial seja inevitável, é preferível abster-se da adição deliberada. O limite superior permissível é ajustado para 0,10%. A quantidade de Cu é preferivelmente limitada a 0,05% ou menos.[Cu: 0.10% or less] [0050] Cu is effective for improving tensile strength at room temperature and resistance to high temperature by improving the hardening capacity, but in the present invention it is an element that causes a remarkable embracement by reheating of the HAZ. Therefore, although the inclusion of a small amount due to industrial production factors is inevitable, it is preferable to refrain from deliberate addition. The permissible upper limit is set to 0.10%. The amount of Cu is preferably limited to 0.05% or less.
[Mo: menos de 0,01%] [0051] O Mo contribui para a melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e da resistência à alta temperatura pela melhoria da capacidade de endurecimento e pelo reforço da precipitação. Entretanto, o Mo facilmente se precipita brutamente como carbonetos ou fases Laves nas bordas dos grãos da HAZ e resulta em uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ, então a adição de Mo não é preferível na presente invenção. Portanto, embora a inclusão de uma pequena quantidade devido a fatores de produção industrial seja inevitável, é preferível abster-se da adição deliberada. Da tolerância na produção industrial, o limite superior da quantidade de adição é ajustado em menos de 0,01%.[Mo: less than 0.01%] [0051] Mo contributes to the improvement of tensile strength at room temperature and resistance to high temperature by improving the hardening capacity and reinforcing precipitation. However, Mo easily precipitates roughly as carbides or smooth phases at the edges of HAZ grains and results in a noticeable embrittlement by reheating of HAZ, so the addition of Mo is not preferable in the present invention. Therefore, although the inclusion of a small amount due to industrial production factors is inevitable, it is preferable to refrain from deliberate addition. From the tolerance in industrial production, the upper limit of the amount of addition is adjusted to less than 0.01%.
[B: menos de 0,0003%] [0052] O B contribui para a melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e da resistência à alta temperatura pela melhoria da capacidade de endurecimento e do reforço de precipitação. Entretanto, nitretos de B se precipitam brutamente e facilmente nas bordas dos grãos da HAZ e resulta em uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ, então a adição de B não é preferível na presente invenção. Portanto, embora a inclusão de uma pequena quantidade devido a fatores na produção industrial seja inevitável, é preferível abster-se da adição deliberada. Da tolerância na produção industrial, o limite superior da quantidade de adição é ajustado em menos de 0,0003%.[B: less than 0.0003%] [0052] B contributes to the improvement of the tensile strength at room temperature and of the resistance to high temperature by improving the hardening capacity and reinforcing precipitation. However, B nitrides precipitate roughly and easily at the edges of the HAZ grains and result in a noticeable embrittlement by reheating of the HAZ, so the addition of B is not preferable in the present invention. Therefore, although the inclusion of a small amount due to factors in industrial production is inevitable, it is preferable to refrain from deliberate addition. From the tolerance in industrial production, the upper limit of the quantity of addition is adjusted to less than 0.0003%.
[P: menos de 0,02%] [0053] O P é uma impureza que reduz notavelmente a tenacidade a baixa temperatura do material base e também resulta em uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ no momento de um incêndio, então o limite superior da quantidade de adição é ajustado em menos de 0,020%. O limite superior preferível da quantidade de P é 0,01% ou menos.[P: less than 0.02%] [0053] OP is an impurity that noticeably reduces the low temperature toughness of the base material and also results in a noticeable embrittlement by reheating of HAZ at the time of a fire, then the upper limit of addition amount is adjusted to less than 0.020%. The preferred upper limit for the amount of P is 0.01% or less.
[S: menos de 0,01%] [0054] S é uma impureza que reduz notavelmente a tenacidade a baixa temperatura do material base e também resulta em uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ no momento de um incêndio, então o limite superior da quantidade de adição é ajustado em menos de 0,01%. O limite superior preferível da quantidade de S é 0,005% ou menos.[S: less than 0.01%] [0054] S is an impurity that noticeably reduces the low temperature toughness of the base material and also results in a noticeable embrittlement by reheating of HAZ at the time of a fire, then the upper limit of addition amount is adjusted by less than 0.01%. The preferred upper limit for the amount of S is 0.005% or less.
[O: menos de 0,01%] [0055] O é uma impureza que reduz notavelmente a tenacidade a baixa temperatura do material base e resulta também em notável fragilização por reaquecimento da HAZ no momento de um incêndio, então o limite superior de adição é ajustado para menos de 0,010, O limite superior preferível da quantidade de O é 0,005% ou menos, enquanto o limite mais preferível é 0,003% ou menos.[O: less than 0.01%] [0055] O is an impurity that noticeably reduces the low-temperature toughness of the base material and also results in remarkable embrittlement by reheating of HAZ at the time of a fire, so the upper limit of addition is set to less than 0.010, the preferred upper limit for the amount of O is 0.005% or less, while the most preferable limit is 0.003% or less.
[0056] Na presente invenção, em adição aos elementos essenciais acima, os elementos explicados abaixo podem também ser adicionados seletivamente.[0056] In the present invention, in addition to the essential elements above, the elements explained below can also be selectively added.
[0057] Abaixo serão explicadas as razões para limitação das faixas de adição dos elementos opcionais na presente invenção.[0057] The reasons for limiting the ranges of addition of optional elements in the present invention will be explained below.
[V: 0,40% ou menos] [0058] O V forma carbonetos decido ao reaquecimento no momento de um incêndio e, portanto, é extremamente eficaz para melhorar a resistência a alta temperatura, então a adição de 0,03% ou mais é preferível. Por outro lado, se adicionado acima de 0,40% de V, os carbonetos que se precipitam nas bordas dos grãos da HAZ se tornarão brutos e resultará uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ, então a quantidade de adição é preferivelmente limitada a 0,40% ou menos. Além disso, a quantidade de adição de V está mais preferivelmente na faixa de 0,05% a 0,20%.[V: 0.40% or less] [0058] OV forms carbides due to reheating at the time of a fire and is therefore extremely effective in improving high temperature resistance, so adding 0.03% or more is preferable. On the other hand, if added above 0.40% of V, the carbides that precipitate at the edges of the HAZ grains will become crude and a noticeable embrittlement will result from reheating of the HAZ, so the amount of addition is preferably limited to 0, 40% or less. In addition, the amount of V addition is most preferably in the range of 0.05% to 0.20%.
[Ni: 1,00% ou menos] [0059] O Ni é eficaz para melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente pela melhoria da capacidade de endurecimento mas provoca uma notável fragilização por reaquecimento da HAZ. Portanto, embora a inclusão de uma pequena quantidade seja inevitável devido a fatores na produção industrial, é preferível abster-se da adição deliberada. O limite superior permissível da quantidade de Ni é 0,40% ou menos, enquanto o limite mais preferível é 0,20% ou menos.[Ni: 1.00% or less] [0059] Ni is effective for improving the tensile strength at room temperature by improving the hardening capacity but causes a noticeable weakening by reheating the HAZ. Therefore, although the inclusion of a small amount is inevitable due to factors in industrial production, it is preferable to refrain from deliberate addition. The permissible upper limit on the amount of Ni is 0.40% or less, while the most preferable limit is 0.20% or less.
[Zr: 0,010% ou menos] [0060] O Zr se precipita como carbonetos e nitretos e contribui para a melhoria da resistência à tração à temperatura ambiente e da resistência à alta temperatura. Para obter esse efeito, 0,002% ou mais de Zr é preferivelmente adicionado. Por outro lado, se adicionados mais de 0,010% de Zr, os carbonetos que se precipitam nas bordas dos grãos embrutecem e a fragilização por reaquecimento da HAZ se torna notável, então o limite superior da quantidade de adição de Zr é preferivelmente feito 0,010% ou menos. O limite superior preferível da quantidade de Zr é 0,005% ou menos.[Zr: 0.010% or less] [0060] Zr precipitates as carbides and nitrides and contributes to the improvement of tensile strength at room temperature and resistance to high temperature. To achieve this effect, 0.002% or more of Zr is preferably added. On the other hand, if more than 0.010% Zr is added, the carbides that precipitate at the grain edges become brittle and the HAZ embrittlement becomes noticeable, so the upper limit of the amount of Zr addition is preferably 0.010% or any less. The preferable upper limit for the amount of Zr is 0.005% or less.
[Mg: 0,005% ou menos] [0061] O Mg controla a formação dos sulfetos no material de aço e tem o efeito de reduzir a queda na tenacidade do material base devida aos sulfetos. Para obter tal efeito, são preferivelmente adicionados 0,0005% ou mais de Mg. Por outro lado, mesmo se adicionar-se acima de 0,005% de Mg, o efeito se torna saturado, então quando se adiciona Mg, o limite superior é preferivelmente feito 0,005% ou menos. O limite superior preferível da quantidade de Mg é 0,002 ou menos.[Mg: 0.005% or less] [0061] Mg controls the formation of sulfides in the steel material and has the effect of reducing the drop in the toughness of the base material due to the sulfides. To achieve this effect, 0.0005% or more Mg is preferably added. On the other hand, even if more than 0.005% Mg is added, the effect becomes saturated, so when Mg is added, the upper limit is preferably 0.005% or less. The preferred upper limit for the amount of Mg is 0.002 or less.
[Ca: 0,005% ou menos] [0062] O Ca controla a formação dos sulfetos no material de aço e tem o efeito de reduzir a queda na tenacidade do material base devida aos sulfetos. Para obter tal efeito, é preferivelmente adicionado 0,0005% ou mais de Ca. Por outro lado, adicionando-se mais de 0,005% de Ca, o efeito se torna saturado, então quando se adiciona Ca, o limite superior é preferivelmente feito 0,005% ou menos. O limite superior preferível da quantidade de Ca é 0,003% ou menos.[Ca: 0.005% or less] [0062] Ca controls the formation of sulfides in the steel material and has the effect of reducing the drop in the toughness of the base material due to the sulfides. To obtain such an effect, 0.0005% or more Ca is preferably added. On the other hand, by adding more than 0.005% Ca, the effect becomes saturated, so when Ca is added, the upper limit is preferably 0.005 % or less. The preferred upper limit for the amount of Ca is 0.003% or less.
[Y: 0,050% ou menos] [0063] O Y controla a formação de sulfetos no material de aço e tem o efeito de reduzir a queda na tenacidade do material base devida aos sulfetos. Para obter tal efeito, é preferivelmente adicionado 0,001% ou mais de Y. Por outro lado, adicionando-se acima de 0,050% de Y, o efeito se torna saturado, então quando se adiciona Y, o limite superior é preferivelmente feito 0,050% ou menos. O ,limite superior preferível da quantidade de Y é 0,030% ou menos.[Y: 0.050% or less] [0063] Y controls the formation of sulfides in the steel material and has the effect of reducing the drop in the toughness of the base material due to the sulfides. To achieve such an effect, 0.001% or more of Y is preferably added. On the other hand, by adding above 0.050% Y, the effect becomes saturated, so when adding Y, the upper limit is preferably made at 0.050% or any less. The preferred, upper limit of the amount of Y is 0.030% or less.
[La: 0,050% ou menos] [0064] O La controla a formação de sulfetos no material de aço e tem o efeito de reduzir a queda na tenacidade do material base devida aos sulfetos. Para se obter tal efeito, é preferivelmente adicionado 0,001% ou mais de La. Por outro lado, adicionando-se mais de 0,050% de La, o efeito se torna saturado, então quando se adiciona La o limite superior é preferivelmente feito 0,050% ou menos. O limite superior preferível da quantidade de La é 0,020% ou menos.[La: 0.050% or less] [0064] La controls the formation of sulfides in the steel material and has the effect of reducing the drop in the toughness of the base material due to the sulfides. To achieve such an effect, 0.001% or more of La is preferably added. On the other hand, by adding more than 0.050% La, the effect becomes saturated, so when adding La the upper limit is preferably made 0.050% or less. The preferred upper limit for the amount of La is 0.020% or less.
[Ce: 0,050% ou menos] [0065] O Ce controla a formação de sulfetos no material de aço e tem o efeito de reduzir a queda na tenacidade do material base devida aos sulfetos. Para obter tal efeito, é preferivelmente adicionado 0,001% ou mais de CE, Por outro lado, se adicionar-se mais de 0,050% de Ce, o efeito se torna saturado, então quando se adiciona Ce o limite superior é preferivelmente feito 0,050% ou menos. O limite superior preferível da quantidade de Ce é 0,020% Ou menos.[Ce: 0.050% or less] [0065] Ce controls the formation of sulfides in the steel material and has the effect of reducing the drop in the toughness of the base material due to the sulfides. To obtain such an effect, 0.001% or more of EC is preferably added. On the other hand, if more than 0.050% of Ce is added, the effect becomes saturated, so when Ce is added the upper limit is preferably 0.050% or any less. The preferable upper limit for the amount of Ce is 0.020% or less.
[0066] Na presente invenção, devido aos limites das composições químicas acima, pode ser produzido um material de aço resistente ao fogo tendo um alto limite de elasticidade a 600°C de temperatura mesmo quando exposto ao fogo e simultaneamente suprimido em fragilização por reaquecimento da zona afetada pelo calor da junta de soldagem e superior em tenacidade a baixa temperatura do material base e da junta de soldagem.[0066] In the present invention, due to the limits of the chemical compositions above, a fire resistant steel material having a high elasticity limit at 600 ° C temperature can be produced even when exposed to fire and simultaneously suppressed in embrittlement by reheating the zone affected by the heat of the welding joint and superior in low temperature toughness of the base material and the welding joint.
[0067] A seguir será explicada a estrutura do material de aço da presente invenção.[0067] Next, the structure of the steel material of the present invention will be explained.
[0068] Em geral, um material de aço pode ser considerado como exibindo resistência à alta temperatura devido ao reforço da discordância devido às discordâncias presentes no material de aço e precipitadas que bloqueiam os movimentos de discordância. Portanto, quando a temperatura do material de aço excede 550°C e as discordâncias se fundem e são eliminadas devido ao movimento para cima das discordâncias, algumas vezes a resistência à alta temperatura declina rapidamente.[0068] In general, a steel material can be considered to exhibit resistance to high temperature due to the reinforcement of the discrepancy due to discrepancies present in the steel material and precipitates that block the discrepancy movements. Therefore, when the temperature of the steel material exceeds 550 ° C and the discrepancies fuse and are eliminated due to the upward movement of the discrepancies, sometimes resistance to high temperature declines rapidly.
[0069] Por esta razão, para garantir a resistência à alta temperatura, é eficaz que o material de aço tenha uma margem suficiente de discordâncias no momento antes de ser exposto ao fogo, isto é, à temperatura ambiente, ou incluir grandes quantidades de estruturas que bloqueiam o movimento de discordâncias, especificamente precipitados e bordas dos grãos de cristal.[0069] For this reason, to ensure resistance to high temperature, it is effective that the steel material has a sufficient margin of disagreement at the moment before being exposed to fire, that is, at room temperature, or include large amounts of structures that block the movement of disagreements, specifically precipitates and edges of the crystal grains.
[0070] Além disso, embora explicado em detalhes no método de produção explicado posteriormente, na presente invenção, do ponto de vista da produtividade dos produtos com propriedades mecânicas estáveis, o material de aço resistente ao fogo é produzido como laminado a quente sem o uso de resfriamento acelerado. Por esta razão, a estrutura do material de aço (estrutura metálica), conforme observada por um microscópio ótico, é uma estrutura tendo uma fração de área de 80% ou mais de uma fase ferrita e um saldo de uma fase bainita, uma fase martensita e estruturas mistas martensita-austenita (fase MA). Para garantir a tenacidade do material base, a fração de área da fase ferrita é preferivelmente feita 85% ou mais. Além disso, para garantir a resistência, a fração de área da fase ferrita é preferivelmente feita 97% ou menos.[0070] In addition, although explained in detail in the production method explained later, in the present invention, from the point of view of product productivity with stable mechanical properties, the fire-resistant steel material is produced as hot rolled without use accelerated cooling. For this reason, the structure of the steel material (metallic structure), as observed by an optical microscope, is a structure having an area fraction of 80% or more of a ferrite phase and a balance of a bainite phase, a martensite phase and mixed martensite-austenite structures (MA phase). To guarantee the toughness of the base material, the area fraction of the ferrite phase is preferably made up to 85% or more. In addition, to ensure strength, the area fraction of the ferrite phase is preferably 97% or less.
[0071] Um material de aço tendo a composição química da presente invenção e tendo uma estrutura de aço feita da estrutura acima, conforme explicado em detalhes mais adiante, é trabalhado a quente ou laminado a quente a 800°C a 900°C de temperatura por uma grande razão de redução. Devido a tais condições de produção, os precipitados que bloqueiam as discordâncias no material de aço são feitos dispersar finamente e, também, a estrutura pode ser feita um grão mais fino, então uma maior resistência à alta temperatura é obtida.[0071] A steel material having the chemical composition of the present invention and having a steel structure made from the above structure, as explained in detail later, is hot worked or hot rolled at 800 ° C to 900 ° C in temperature for a big reduction reason. Due to such production conditions, the precipitates that block the discrepancies in the steel material are made to disperse finely and, also, the structure can be made a finer grain, so a higher resistance to high temperature is obtained.
[0072] A seguir serão explicadas as propriedades mecânicas do material de aço da presente invenção.[0072] The mechanical properties of the steel material of the present invention will be explained below.
[0073] No material de aço resistente ao fogo da presente invenção, aplicando-se ao material de aço das composições de aço acima e da estrutura do aço as várias etapas das condições mostradas no método de produção explicado abaixo, torna-se possível fornecer uma chapa de aço resistente ao fogo tendo as propriedades mecânicas explicadas abaixo.[0073] In the fire resistant steel material of the present invention, applying to the steel material of the above steel compositions and the steel structure the various stages of the conditions shown in the production method explained below, it becomes possible to provide a fire resistant steel sheet having the mechanical properties explained below.
[0074] Resistência à tração à temperatura ambiente e limite de escoamento a 600°C[0074] Tensile strength at room temperature and yield limit at 600 ° C
[0075] No material de aço resistente ao fogo da presente invenção, a resistência à tração à temperatura ambiente é 400 MPa a 610 MPa. O limite de escoamento a 600°C de temperatura é de 157 MPa ou mais quando a resistência à tração à temperatura ambiente for 400 MPa a 489 MPa e é 217 MPa ou mais quando a resistência à tração à temperatura ambiente for 490 MPa a 610 MPa. Devido a isso, em aplicações em edifícios, pode ser produzido um material de aço resistente ao fogo que garanta as várias necessidades nos projetos de edifícios e que tenha uma margem de segurança suficiente em incêndios.[0075] In the fire-resistant steel material of the present invention, the tensile strength at room temperature is 400 MPa to 610 MPa. The yield limit at 600 ° C temperature is 157 MPa or more when the tensile strength at room temperature is 400 MPa at 489 MPa and is 217 MPa or more when the tensile strength at room temperature is 490 MPa at 610 MPa . Because of this, in building applications, a fire-resistant steel material can be produced that guarantees the various needs in building projects and has a sufficient safety margin in fires.
Valor de Redução da Área de Fratura a 600°CFracture Area Reduction Value at 600 ° C
[0076] No material de aço resistente ao fogo da presente invenção, a resistência à fragilização por reaquecimento é avaliada usando-se um corpo de prova com uma dada história térmica prevendo-se uma soldagem por uma entrada de calor de 5 kJ/mm e 10 kJ/mm e medindo-se o valor de redução de área da parte fraturada a 600°C de temperatura. Na presente invenção, é obtido um material de aço resistente ao fogo tendo um valor de redução de área da parte fraturada a 600°C de temperatura de 20% ou mais. Devido a isso, pode ser produzido um material de aço resistente ao fogo tendo uma capacidade de deformação suficiente quando a junta de soldagem da HAZ é reaquecida até a temperatura prevista de 600°C de um incêndio. Método de Produção do Material de Aço Resistente ao Fogo [0077] Abaixo serão explicadas as razões para limitação do método de produção de um material de aço resistente ao fogo da presente invenção superior em resistência à alta temperatura do material base e resistência à fragilização por reaquecimento e em tenacidade à baixa temperatura da zona afetada pelo calor da solda.[0076] In the fire-resistant steel material of the present invention, the resistance to embrittlement by reheating is evaluated using a specimen with a given thermal history, with a welding by a heat input of 5 kJ / mm and 10 kJ / mm and measuring the area reduction value of the fractured part at 600 ° C of temperature. In the present invention, a fire-resistant steel material having an area reduction value of the fractured part at 600 ° C temperature of 20% or more is obtained. Because of this, a fire-resistant steel material having sufficient deformation capacity can be produced when the HAZ welding joint is reheated to the expected fire temperature of 600 ° C. Production Method of Fire Resistant Steel Material [0077] The reasons for limiting the method of production of a fire resistant steel material of the present invention in terms of the high temperature resistance of the base material and resistance to embrittlement by reheating will be explained below. and in toughness at low temperature of the zone affected by the heat of the weld.
[0078] O método de produção de um material de aço resistente ao fogo da presente invenção é um método de aquecimento de uma placa de aço tendo as composições de aço acima mencionadas até 1150°C a 1300°C de temperatura, e então trabalhando a quente ou laminando a quente a placa a uma temperatura de 800°C a 900°C por uma razão de redução de 50% ou mais, e então deixando-a resfriar.[0078] The method of producing a fire-resistant steel material of the present invention is a method of heating a steel plate having the above-mentioned steel compositions to 1150 ° C to 1300 ° C temperature, and then working at hot or hot rolling the plate at a temperature of 800 ° C to 900 ° C for a reduction ratio of 50% or more, and then allowing it to cool.
[0079] No método de produção da presente invenção, para garantir os requisitos dos projetos de edifícios e obter uma margem de segurança suficiente contra incêndio em um material de aço resistente ao fogo usado para aplicações em edifícios, conforme explicado acima, uma placa de aço que tenha uma composição química tendo como suas condições necessárias dar uma resistência à tração à temperatura ambiente de 400 MPa a 610 MPa, um alto limite de elasticidade a 600°C, um valor de redução de área da parte fraturada a 600°C da HAZ da solda do material de aço de 20% ou mais, uma resistência à fragilização por reaquecimento superior, uma tenacidade a baixa temperatura garantida mesmo na HAZ devido à soldagem com uma entrada de calor de 5 kJ/mm, e tenacidade do material base garantida é usada como o material. Além disso, a placa de aço pode ser trabalhada a quente ou laminada a quente a uma temperatura prescrita e quantidade de redução para produzir um material de aço resistente ao fogo que satisfaça todas as propriedades acima.[0079] In the production method of the present invention, to guarantee the requirements of building projects and obtain a sufficient safety margin against fire in a fire resistant steel material used for building applications, as explained above, a steel plate that has a chemical composition having as its necessary conditions to give a tensile strength at room temperature of 400 MPa to 610 MPa, a high elastic limit at 600 ° C, an area reduction value of the fractured part at 600 ° C of HAZ welding of steel material of 20% or more, a resistance to embrittlement by superior reheating, a guaranteed low temperature toughness even at HAZ due to welding with a heat input of 5 kJ / mm, and guaranteed toughness of the base material is used as the material. In addition, the steel plate can be hot worked or hot rolled at a prescribed temperature and amount of reduction to produce a fire resistant steel material that satisfies all of the above properties.
Razão de Redução no Trabalho a Quente ou na Laminação a Quente [0080] Conforme explicado acima, a resistência à alta temperatura de um material de aço é considerada como sendo alcançada pelo reforço das discordâncias presentes no material de aço e dos precipitados que bloqueiam o movimento das discordâncias, então se a temperatura exceder 550°C e as discordâncias se fundirem e forem eliminadas devido ao movimento das discordâncias para cima, a resistência à alta temperatura algumas vezes é reduzida. Portanto, para garantir uma boa resistência à alta temperatura, é eficaz fornecer uma margem extrassuficiente da quantidade de discordâncias à temperatura ambiente ou incluir um grande número de precipitados, bordas de grãos de cristal, ou outras estruturas que bloqueiam o movimento das discordâncias.Reduction Ratio in Hot Work or Hot Rolling [0080] As explained above, the high temperature resistance of a steel material is considered to be achieved by reinforcing the discrepancies present in the steel material and the precipitates that block the movement of discrepancies, so if the temperature exceeds 550 ° C and the discrepancies merge and are eliminated due to the upward movement of the discrepancies, resistance to high temperature is sometimes reduced. Therefore, to ensure good resistance to high temperature, it is effective to provide an extra-sufficient margin of the amount of disagreements at room temperature or to include a large number of precipitates, edges of crystal grains, or other structures that block the movement of disagreements.
[0081] Aqui, no método de produção da presente invenção, do ponto de vista de produtividade de um produto com propriedades mecânicas estáveis na produção real, o objetivo é produzir um material de aço resistente ao fogo conforme laminado a quente sem usar o resfriamento acelerado. Portanto, a estrutura de aço como um todo não se torna uma bainita ou martensita de alta densidade de discordância. A estrutura de aço se torna uma estrutura com estruturas ferrita de baixa densidade de discordância respondendo por 80% ou mais da fração de área da estrutura de aço conforme observada em um microscópio ótico e com um saldo de menos de 20% de bainita, martensita e MA.[0081] Here, in the production method of the present invention, from the point of view of productivity of a product with stable mechanical properties in real production, the objective is to produce a fire resistant steel material as hot rolled without using accelerated cooling . Therefore, the steel structure as a whole does not become a high-density bainite or martensite of disagreement. The steel structure becomes a structure with discordant low density ferrite structures accounting for 80% or more of the fraction of the steel structure's area as seen in an optical microscope and with a balance of less than 20% of bainite, martensite and BAD.
[0082] Portanto, para garantir uma alta resistência à alta temperatura na presente invenção, confiar apenas no aumento da fração de bainita ou martensita no material de aço é insuficiente. É necessário fazer os precipitados que bloqueiam a discordância dispersarem-se finamente e tornar a estrutura de grãos mais finos. [0083] Os inventores descobriram por experiências que para realizar a dispersão fina de precipitados no material de aço e tornar mais finos os grãos da estrutura, quando se laminam placas de aço que tenham a composição química da presente invenção, é eficaz aumentar a razão de redução a uma temperatura de 800°C a 900°C, especificamente, tornando a razão de redução 50% ou mais, mais preferivelmente 70% ou mais.[0082] Therefore, to guarantee a high resistance to high temperature in the present invention, relying only on increasing the fraction of bainite or martensite in the steel material is insufficient. It is necessary to make the precipitates that block the discrepancy disperse finely and make the grain structure finer. [0083] The inventors have discovered by experiments that in order to fine-tune the precipitate in the steel material and make the structure's grains finer, when laminating steel plates that have the chemical composition of the present invention, it is effective to increase the ratio of reduction at a temperature of 800 ° C to 900 ° C, specifically, making the reduction ratio 50% or more, more preferably 70% or more.
[0084] Além disso, introduzindo-se uma grande quantidade de discordâncias na região de temperatura imediatamente antes a transformação de austenita para ferrita ou bainita, essas discordâncias se tornarão locais de formação de núcleos para a transformação de ferrita ou bainita. Devido a isso, foi descoberto que é possível realizar tanto a dispersão fina dos precipitados quanto grãos mais finos da estrutura.[0084] In addition, by introducing a large number of disagreements in the temperature region immediately before the transformation from austenite to ferrite or bainite, these disagreements will become nucleus formation sites for the transformation of ferrite or bainite. Because of this, it was discovered that it is possible to carry out both fine dispersion of the precipitates and finer grains of the structure.
[0085] Nota-se que, em geral, se a quantidade de redução for tornada grande na região da austenita, a temperatura de transformação mais alta fará a fração de bainita cair e a fração de ferrita subir em alguns casos, mas nas composições químicas da presente invenção a quantidade de C é mantida baixa, então fica claro que a transformação de bainita ocorre facilmente e uma queda na fração de bainita pode ser suprimida.[0085] Note that, in general, if the amount of reduction is made large in the austenite region, the higher transformation temperature will cause the bainite fraction to fall and the ferrite fraction to rise in some cases, but in chemical compositions of the present invention the amount of C is kept low, so it is clear that bainite transformation occurs easily and a drop in the bainite fraction can be suppressed.
Temperatura de Aquecimento Antes do Trabalho a Quente ou da Laminação a Quente [0086] Conforme explicado acima, no método de produção da presente invenção, a utilização efetiva da precipitação dos elementos de ligação é importante. Como meio para obter estavelmente e confiavelmente a precipitação de tais elementos de ligação, é necessário aquecer as placas de aço antes do trabalho a quente ou da laminação a quente até 1150°C a 1300°C. Tal tratamento térmico aquece as placas de aço até uma temperatura de 1150°C ou mais para assim fazer com que os carbonetos ou nitretos dos vários elementos de ligação, por exemplo, NbC, NbN, VC, TiC, ZrC, Cr23C6, etc., formem completamente ou tanto quanto possível soluções sólidas e portanto melhorem a capacidade de endurecimento após a laminação a quente e aumentem a quantidade de precipitação após o trabalho a quente ou a laminação a quente.Heating Temperature Before Hot Work or Hot Rolling [0086] As explained above, in the production method of the present invention, the effective use of the precipitation of the connecting elements is important. As a means to stably and reliably precipitate such connecting elements, it is necessary to heat the steel plates before hot working or hot rolling to 1150 ° C to 1300 ° C. Such heat treatment heats the steel plates to a temperature of 1150 ° C or more to thereby make the carbides or nitrides of the various connecting elements, for example, NbC, NbN, VC, TiC, ZrC, Cr23C6, etc., form solid solutions completely or as much as possible and therefore improve the hardening capacity after hot rolling and increase the amount of precipitation after hot working or hot rolling.
[0087] Quando não aquecidos antes do trabalho a quente ou da laminação a quente, C, Cr, Nb, V, Ti, Zr, e outros elementos de ligação já se precipitam como precipitados brutos antes da laminação a quente, então a redução da densidade de discordâncias do material de aço devido à queda na capacidade de endurecimento após o trabalho a quente ou a laminação a quente ou à redução da quantidade de reforço da precipitação devido à redução nos carbonetos ou nitretos finos que se precipitam após o trabalho a quente ou a laminação a quente é algumas vezes incitado.[0087] When not heated before hot work or hot rolling, C, Cr, Nb, V, Ti, Zr, and other connecting elements already precipitate as crude precipitates before hot rolling, then reducing the discrepancy density of the steel material due to the drop in hardening capacity after hot working or hot rolling or the reduction in the amount of precipitation reinforcement due to the reduction in carbides or fine nitrides that precipitate after hot working or hot rolling is sometimes incited.
[0088] Por outro lado, fazendo-se a temperatura de aquecimento antes do trabalho a quente ou da laminação a quente maior que 1300°C, o aumento da carepa óxida na superfície do material de aço se torna notável, então o limite superior da temperatura de aquecimento é ajustado para 1300°C.[0088] On the other hand, if the heating temperature before hot work or hot rolling is higher than 1300 ° C, the increase in the oxide scale on the surface of the steel material becomes noticeable, so the upper limit of the heating temperature is adjusted to 1300 ° C.
Tratamento Térmico de Revenimento [0089] No método de produção da presente invenção, é também possível permitir que o material de aço resfrie naturalmente até a temperatura ambiente após a laminação a quente, e então aplicar uma etapa de tratamento térmico de revenimento ao material de aço. Aplicando-se o tratamento térmico de revenimento ao material de aço, torna-se possível promover a precipitação dos elementos de ligação remanescentes no estado de solução sólida sem precipitar completamente apenas pelo resfriamento natural após a laminação a quente e também aumentar o número de precipitados que suprimem a redução nas discordâncias no momento do incêndio.Tempering Heat Treatment [0089] In the production method of the present invention, it is also possible to allow the steel material to naturally cool to room temperature after hot rolling, and then apply a tempering heat treatment step to the steel material . Applying the tempering heat treatment to the steel material, it becomes possible to promote the precipitation of the remaining connection elements in the state of solid solution without precipitating completely just by natural cooling after hot rolling and also increasing the number of precipitates that suppress the reduction in disagreements at the time of the fire.
[0090] Em tal tratamento de revenimento, a temperatura pode ser determinada pela seleção adequada entre 400°C a 650°C. Decidindo-se isto com base na resistência à tração à temperatura ambiente necessária, e no tipo de elementos de ligação precipitados, o efeito da presente invenção pode ser também aumentado.[0090] In such a tempering treatment, the temperature can be determined by the appropriate selection between 400 ° C to 650 ° C. By deciding this on the basis of the required tensile strength at room temperature, and the type of precipitated connection elements, the effect of the present invention can also be enhanced.
[0091] Além disso, o mesmo se aplica ao tempo do tratamento térmico de revenimento. Quando a mudança na estrutura no momento do revenimento é determinada pela dispersão da substância, aumentar a temperatura e prolongar o tempo têm efeitos similares, então o tempo pode ser adequadamente determinado entre 5 minutos a 30 minutos de acordo com a temperatura de revenimento.[0091] In addition, the same applies to the tempering heat treatment time. When the change in structure at the time of tempering is determined by the dispersion of the substance, increasing the temperature and prolonging the time have similar effects, then the time can be appropriately determined between 5 minutes to 30 minutes according to the tempering temperature.
[0092] Conforme explicado acima, o método de produção de um material de aço resistente ao fogo da presente invenção aquece uma placa de aço que tenha composições de aço da faixa definida acima para 1150°C a 1300°C de temperatura, e então trabalhá-la a quente ou laminá-la a quente a 800°C a 900°C de temperatura por uma razão de redução de 50% ou mais, e então deixa o resultado resfriar naturalmente. De acordo com esse método de produção, é possível produzir um material de aço resistente ao fogo que tenha um alto limite de elasticidade 600°C de temperatura mesmo quando exposto ao fogo, simultaneamente suprimida em fragilização por reaquecimento na zona afetada pelo calor da junta de soldagem, e dando uma tenacidade superior a baixa temperatura do material base e da junta de soldagem. Portanto, torna-se possível produzir um material de aço resistente ao fogo para edifícios superior em resistência à alta temperatura e superior em resistência à fragilização por reaquecimento da junta de soldagem por uma composição econômica que use menos elementos de ligação e um método de alta produtividade de produção parado na laminação a quente.[0092] As explained above, the method of producing a fire-resistant steel material of the present invention heats a steel plate that has steel compositions in the range defined above to 1150 ° C to 1300 ° C temperature, and then works it hot or laminate it hot at 800 ° C to 900 ° C in temperature for a reduction rate of 50% or more, and then let the result cool naturally. According to this production method, it is possible to produce a fire-resistant steel material that has a high temperature limit of 600 ° C even when exposed to fire, simultaneously suppressed in embrittlement by reheating in the area affected by the heat of the joint. welding, and giving a tenacity superior to the low temperature of the base material and the welding joint. Therefore, it becomes possible to produce a fire-resistant steel material for buildings superior in resistance to high temperature and superior in embrittlement resistance by reheating the weld joint by an economical composition that uses fewer connection elements and a high productivity method production stopped in hot rolling.
Exemplos [0093] Abaixo serão dados exemplos do material de aço resistente ao fogo da presente invenção e do método de produção do mesmo, e a presente invenção será explicada mais especificamente, mas a presente invenção não é, naturalmente, limitada aos exemplos a seguir e pode ser adequadamente trabalhada alterada dentro de um escopo que obedeça a essência da invenção explicada anteriormente e após isto. Estes estão todos incluídos no escopo técnico da presente invenção.Examples [0093] Below are examples of the fire resistant steel material of the present invention and the method of production thereof, and the present invention will be explained more specifically, but the present invention is, of course, not limited to the following examples and can be adequately worked altered within a scope that obeys the essence of the invention explained above and after that. These are all included in the technical scope of the present invention.
Preparação do Material de Aço Resistente ao Fogo [0094] A desoxidação e dessulfuração e as composições químicas do aço fundido no processo de produção do aço foram controladas e o aço lingotado continuamente para preparar placas das composições químicas mostradas na Tabela 1 a seguir. Além disso, sob as condições de produção mostradas na Tabela 2, as placas foram reaquecidas e trabalhadas a quente até as respectivas espessuras de chapa, e então tratadas termicamente sob diferentes condições para preparar exemplos de materiais de aço resistentes ao fogo da invenção e exemplos comparativos.Preparation of the Fire Resistant Steel Material [0094] The deoxidation and desulfurization and the chemical compositions of the molten steel in the steel production process were controlled and the steel cast continuously to prepare plates of the chemical compositions shown in Table 1 below. In addition, under the production conditions shown in Table 2, the plates were reheated and hot worked up to the respective sheet thicknesses, and then heat treated under different conditions to prepare examples of fire resistant steel materials of the invention and comparative examples .
[0095] Especificamente, inicialmente as placas foram reaquecidas até temperaturas de 1150°C a 1300°C por 1 hora, e então imediatamente começaram a ser laminados em bruto para se obter chapas de aço com espessura de 100 mm a uma temperatura de 1050°C. Além disso, sob as condições mostradas na Tabela 2, elas foram transformadas em chapas de aço de bitola grossa de espessuras finais de 15 mm a 35 mm ou foram forjadas ou laminadas em formas de aço de formas de seção transversal complicadas com espessura máxima de 15 mm a 35 mm. As temperaturas de acabamento foram controladas para 800°C ou mais. As razões de redução na temperatura de 800°C a 900°C naquele momento foram controladas até os valores mostrados na Tabela 1, enquanto executa a laminação final. Além disso, após o término da laminação, as chapas foram imediatamente deixadas resfriar para assim preparar os materiais de aço resistentes ao fogo dos exemplos da invenção e dos exemplos comparativos.[0095] Specifically, initially the plates were reheated to temperatures of 1150 ° C to 1300 ° C for 1 hour, and then immediately started to be rolled in crude to obtain steel sheets with a thickness of 100 mm at a temperature of 1050 ° Ç. In addition, under the conditions shown in Table 2, they were either turned into thick gauge steel sheets of final thickness from 15 mm to 35 mm or were forged or laminated into steel shapes of complicated cross-section shapes with a maximum thickness of 15 mm to 35 mm. Finishing temperatures were controlled to 800 ° C or more. The temperature reduction ratios from 800 ° C to 900 ° C at that time were controlled to the values shown in Table 1, while performing the final lamination. In addition, after finishing the lamination, the sheets were immediately allowed to cool in order to prepare the fire-resistant steel materials of the examples of the invention and of the comparative examples.
Avaliação e Testagem [0096] Os materiais de aço resistentes ao fogo dos exemplos da invenção e exemplos comparativos preparados pelo método acima foram avaliados e testados como segue: [0097] Inicialmente, em relação ao teste de tração à temperatura ambiente, este foi executado com base na JIS Z 2241, quando um ponto de escoamento superior apareceu na curva estresse-tensão, o ponto de escoamento superior foi definido como limite de elasticidade à temperatura ambiente, enquanto quando esse ponto não aparece, o limite de elasticidade a 0,2% foi definido como o limite de elasticidade à temperatura ambiente.Evaluation and Testing [0096] The fire-resistant steel materials of the examples of the invention and comparative examples prepared by the above method were evaluated and tested as follows: [0097] Initially, in relation to the tensile test at room temperature, this was performed with based on JIS Z 2241, when an upper yield point appeared on the stress-tension curve, the upper yield point was defined as the yield strength at room temperature, while when that yield point does not appear, the yield strength at 0.2% was defined as the yield strength at room temperature.
[0098] Além disso, em relação ao teste de tração à alta temperatura, isto foi executado com base na JIS G 0567 a uma temperatura de 600°C. O limite de elasticidade a 0,2% foi feito o limite de elasticidade a 600°C.[0098] In addition, in relation to the high temperature tensile test, this was performed based on JIS G 0567 at a temperature of 600 ° C. The limit of elasticity at 0.2% was made the limit of elasticity at 600 ° C.
[0099] Além disso, o valor de redução de área de tração a 600°C da HAZ (zona afetada pelo calor da soldagem) foi avaliado por um ciclo de calor que aplica uma história de calor prevendo uma entrada de calor de 5 kJ/mm e 10 kJ/mm para a placa de aço. Após aplicar o ciclo de calor, a placa teve sua temperatura aumentada date 600°C de temperatura por mais de 60 minutos, foi mantido a 600°C por 30 minutos, e então foi submetida a um teste de tração a 600°C. O valor de redução de área da parte fraturada do corpo de prova foi medido e usado como um indicador de fragilização por reaquecimento da HAZ. O valor de piso do indicador foi feito 20% ou mais.[0099] In addition, the value of reduction of tensile area at 600 ° C of the HAZ (zone affected by the heat from welding) was evaluated by a heat cycle that applies a heat history predicting a heat input of 5 kJ / mm and 10 kJ / mm for the steel plate. After applying the heat cycle, the plate had its temperature increased by 600 ° C for more than 60 minutes, was kept at 600 ° C for 30 minutes, and then was subjected to a tensile test at 600 ° C. The area reduction value of the fractured part of the specimen was measured and used as an indicator of HAZ embrittlement weakness. The floor value of the indicator was made 20% or more.
[00100] Além disso, o teste Charpy do material base foi executado tomando-se um corpo de prova de impacto com entalhe em V de 2 mm a 1/2t da espessura da chapa de cada material de aço com base na JIS Z 2202 e executando-se um teste de impacto com base no método da JIS Z 2242, Nesse momento, o valor mínimo de absorção de energia foi feito 27J considerando a resistência a terremotos das estruturas do edifício.[00100] In addition, the Charpy test of the base material was performed by taking a 2 mm V-notch impact specimen at 1 / 2t of the sheet thickness of each steel material based on JIS Z 2202 and by carrying out an impact test based on the JIS Z 2242 method, at that time, the minimum energy absorption value was made 27J considering the earthquake resistance of the building's structures.
[00101] Além disso, o teste Charpy da HAZ foi executado aplicando-se a cada material de aço um ciclo de calor prevendo-se a soldagem por uma entrada de calor de 5 kJ/mm e uma entrada de calor de 10 kJ/mm, e então tomando-se um corpo de prova de impacto com entalhe em V de 2 mm com base na JIS Z 2202 e executando-se um teste de impacto com base no método da JIS Z 2242, Nesse momento, o valor mínimo da absorção de energia foi feito 27J considerando a resistência a terremotos das estruturas dos edifícios.[00101] In addition, the HAZ Charpy test was carried out by applying a heat cycle to each steel material, providing for welding by a heat input of 5 kJ / mm and a heat input of 10 kJ / mm , and then taking a 2 mm V-notch impact specimen based on JIS Z 2202 and performing an impact test based on the JIS Z 2242 method. At that time, the minimum absorption value of energy was made 27J considering the earthquake resistance of the structures of the buildings.
[00102] Nota-se que, a "história de calor prevendo uma entrada de calor de 5 kJ/mm" é um ciclo térmico de aquecimento da temperatura ambiente até 1400°C por 20°C/s, mantendo a 1400°C por 1 segundo, e então resfriando-se de 800°C a 500°C na faixa por 15°C/s. Além disso, a "história de calor prevendo uma entrada de calor de 10 kJ/mm" é um ciclo térmico de aquecimento da temperatura ambiente até 1400°C por 20°C/s, mantendo a 1400°C por 2 segundos, e então resfriando de 800°C a 500°C na faixa por 3°C/s.[00102] It should be noted that, the "heat history predicting a heat input of 5 kJ / mm" is a thermal cycle of heating from room temperature to 1400 ° C for 20 ° C / s, maintaining at 1400 ° C for 1 second, and then cooling from 800 ° C to 500 ° C in the range for 15 ° C / s. In addition, the "heat history predicting a 10 kJ / mm heat input" is a thermal cycle of heating from room temperature to 1400 ° C for 20 ° C / s, maintaining at 1400 ° C for 2 seconds, and then cooling from 800 ° C to 500 ° C in the range for 3 ° C / s.
[00103] Além disso, em relação à estrutura do material de aço, a estrutura do material foi observada com um microscópio ótico. A partir dos resultados, o total das frações de área de bainita, martensita, e MA foi calculado e foi descoberta a fração de área de ferrita;[00103] In addition, regarding the structure of the steel material, the structure of the material was observed with an optical microscope. From the results, the total fractions of area of bainite, martensite, and MA were calculated and the fraction of area of ferrite was discovered;
[00104] Uma lista das composições químicas dos materiais de aço resistentes ao fogo dos exemplos da invenção e dos exemplos comparativos está mostrada na Tabela 1 a seguir e uma lista de das condições de produção e propriedades mecânicas dos materiais de aço está mostrada na Tabela 2 a seguir.[00104] A list of the chemical compositions of the fire-resistant steel materials of the examples of the invention and the comparative examples is shown in Table 1 below and a list of the production conditions and mechanical properties of the steel materials is shown in Table 2 Next.
[00105] Nota-se que, na Tabela 1, os Tipos de Aços n— 1 a 21 são exemplos tendo composições de aço definidas pela presente invenção, enquanto os tipos de aço n— 22 a 34 são exemplos comparativos dados com composições de aço fora da faixa definida da presente invenção. O valor a fórmula -1200C-20Mn+30Cr-330Nb-120Cu é mostrado como o coeficiente de fragilização por reaquecimento da HAZ.[00105] Note that, in Table 1, Steel Types n— 1 to 21 are examples having steel compositions defined by the present invention, while steel types n— 22 to 34 are comparative examples given with steel compositions outside the defined range of the present invention. The value of the formula -1200C-20Mn + 30Cr-330Nb-120Cu is shown as the HAZ embrittlement coefficient.
[00106] Além disso, na Tabela 2, são mostradas a espessura da chapa produzida, a temperatura de aquecimento, as condições de laminação a quente (temperatura de acabamento, razão de redução), temperatura de revenimento, resistência à tração à temperatura ambiente (TS à temperatura ambiente), limite de elasticidade a temperatura ambiente (YS à temperatura ambiente), limite de elasticidade a 600°C (YS a 600°C), valor de redução da área de fratura do teste de tração da HAZ a 600°C (valor de redução da área de fragilização por reaquecimento da HAZ), absorção de energia Charpy do material base a 0°C, e absorção de energia Charpy da HAZ a 0°C. [00107] Além disso, na Tabela 2, em relação ao nível de resistência, aços com resistência à tração à temperatura ambiente de 400 a 489 MPa foram apresentados como classe de 400 MPa, enquanto aços com uma resistência à tração à temperatura ambiente de 490 a 610 MPa foram apresentados como classe de 500 MPa.[00106] In addition, Table 2 shows the thickness of the sheet produced, the heating temperature, the hot rolling conditions (finishing temperature, reduction ratio), tempering temperature, tensile strength at room temperature ( TS at room temperature), yield strength at room temperature (YS at room temperature), yield strength at 600 ° C (YS at 600 ° C), fracture area reduction value of the HAZ tensile test at 600 ° C (value of reduction of the embrittlement area by reheating the HAZ), absorption of Charpy energy from the base material at 0 ° C, and absorption of Charpy energy from the HAZ at 0 ° C. [00107] In addition, in Table 2, in relation to the strength level, steels with tensile strength at room temperature of 400 to 489 MPa were presented as a class of 400 MPa, while steels with a tensile strength at room temperature of 490 at 610 MPa were presented as a 500 MPa class.
[00108] Além disso, na Tabela 1 e na Tabela 2, valores for a da faixa da presente invenção são mostrados sublinhados.[00108] Furthermore, in Table 1 and Table 2, values outside the range of the present invention are shown underlined.
Resultados da Avaliação [00109] Conforme mostrado na Tabela 1 e na Tabela 2, os materiais de aço resistente ao fogo dos exemplos da invenção produzidos pelas composições de aço e condições de produção definidas pela presente invenção tiveram um limite de elasticidade a 600°C de 157 MPa ou mais no caso de uma resistência à tração à temperatura ambiente de 400 a 489 MPa e de 217 MPa ou mais no caso de uma resistência à tração à temperatura ambiente de 490 a 610 MPa. Ao mesmo tempo, na característica importante na presente invenção, o valor de redução da área de tração a 600°C da HAZ da soldagem, também, 20% ou mais é garantido. É aprendido que as propriedades de deformação a alta temperatura da HAZ são garantidas.Evaluation Results [00109] As shown in Table 1 and Table 2, the fire resistant steel materials of the examples of the invention produced by the steel compositions and production conditions defined by the present invention had an elastic limit at 600 ° C of 157 MPa or more in the case of a tensile strength at room temperature of 400 to 489 MPa and 217 MPa or more in the case of a tensile strength at room temperature of 490 to 610 MPa. At the same time, in the important feature of the present invention, the reduction value of the tensile area at 600 ° C of the welding HAZ, also, 20% or more is guaranteed. It is learned that the high temperature deformation properties of HAZ are guaranteed.
[00110] Além disso, os materiais de aço resistente ao fogo dos exemplos da invenção tiveram absorção de energia Charpy no material base e na HAZ a 0°C de 27J ou mais, então foi descoberto que a tenacidade à baixa temperatura do material base e a tenacidade da junta satisfizeram a performance necessária. Desses resultados da avaliação, fica claro que os materiais de aço resistente ao fogo da presente invenção são superiores em resistência à alta temperatura e tenacidade do material base e da junta de soldagem.[00110] Furthermore, the fire-resistant steel materials of the examples of the invention had Charpy energy absorption in the base material and in the HAZ at 0 ° C of 27J or more, so it was discovered that the low temperature toughness of the base material and the toughness of the joint satisfied the necessary performance. From these evaluation results, it is clear that the fire-resistant steel materials of the present invention are superior in resistance to the high temperature and toughness of the base material and the welding joint.
[00111] Além disso, todos os materiais de aço resistente ao fogo dos exemplos da invenção incluíram uma fração de área 80% ou mais de fases ferrita. Além disso, a fração de área total da fase bainita, da fase martensita, e da fase MA, com a fase ferrita sendo o saldo, tornou-se menos de 20% nos exemplos da invenção. Nota-se que foram observadas inclusões em adição à fase ferrita, à fase bainita, à fase martensita, e à fase MA, mas as frações de área foram extremamente pequenas, então puderam ser ignoradas.[00111] In addition, all the fire-resistant steel materials of the examples of the invention included an area fraction of 80% or more of ferrite phases. In addition, the total area fraction of the bainite phase, the martensite phase, and the MA phase, with the ferrite phase being the balance, became less than 20% in the examples of the invention. It is noted that inclusions were observed in addition to the ferrite phase, the bainite phase, the martensite phase, and the MA phase, but the area fractions were extremely small, so they could be ignored.
[00112] Em comparação com os materiais de aço resistente ao fogo dos exemplos da invenção, os materiais de aço dos exemplos comparativos falharam em satisfazer ou a composição química ou as condições de produção definidas pela presente invenção, então ou o limite de elasticidade a 600°C (YS a 600°C), a redução de área na parte fraturada no teste de tração na HAZ a 600°C, absorção de energia Charpy do material base a 0°C, ou a absorção de energia Charpy a 0°C da HAZ não puderam satisfazer as características almejadas.[00112] In comparison with the fire resistant steel materials of the examples of the invention, the steel materials of the comparative examples failed to satisfy either the chemical composition or the production conditions defined by the present invention, so either the yield strength at 600 ° C (YS at 600 ° C), the reduction of area in the fractured part in the tensile test at HAZ at 600 ° C, absorption of Charpy energy from the base material at 0 ° C, or absorption of Charpy energy at 0 ° C of HAZ could not satisfy the desired characteristics.
[00113] Dos resultados dos exemplos explicados acima, fica claro que o material resistente ao fogo da presente invenção é superior em resistência à alta temperatura do material base e em tenacidade a baixa temperatura da zona afetada pelo calor da soldagem e resistência à fragilização por reaquecimento.[00113] From the results of the examples explained above, it is clear that the fire-resistant material of the present invention is superior in resistance to the high temperature of the base material and in the low temperature toughness of the zone affected by the heat of the welding and resistance to embrittlement by reheating .
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