muy bueno ahss
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Los aceros AHSS. Su fabricación y uso
Octubre 2014
Definición acero
Acero es una aleación Fe y C
• 0.03%<C<1.76% ACEROS
• C>1.76% FUNDICIONES
Acero AUTOMOVIL:
• C<0.25%
• Aceros aleados con Mn, Al, Ti, Nb, P, Si …
• Fases presentes: ferrita,cementita, perlita, martensita, bainita y austenita
900
800
700
600
500
400
300
200
0 0.01 0.02
+
+ Fe3C
°C
Estructura del Acero
Tamaño Real
Microscopio Óptico
Nivel Atómico•Átomos Ordenados•Sólido Cristalino
X 100/2000
GRANOSmenor dg:Re, Tenacidad
Niveles Microscópicos
Estructura del Acero
‘’Mezcla de Fe y C”: Inserción del C en la red del Fe
Austenita ()FCC
Ferrita ()BCC
FASES
Características
de superficie
Características
Metalúrgicas
Características
geométricas
• Espesor
• Ancho
• Planitud
• Composición química
• Microestructura
• Precipitados / e. disueltos • Rugosidad
• Química de superficie
• Revestimiento
Propiedades
Magnéticas• Limite elástico
• Resistencia
• Alargamiento
• Dureza
• …
Características
Mecánicas
Caracterización acero
El ensayo de tracción consiste en
imponer un desplazamiento
progresivo a una probeta de forma
normalizada mediante una máquina
de tracción. La máquina recoge un
registro continuo del desplazamiento
y de la fuerza resultante.
El ensayo de tracción
PROBETA DE TRACCIÓN
MÁQUINA DE TRACCIÓN
Se impone un desplazamiento y una velocidad.
Se mide la fuerza y el alargamiento
Se deduce Re, Rm, A%,
Re: Límite de elasticidad
Rm: Resistencia a tracción
A%: Alargamiento a la ruptura.
Desplazamiento
a velocidad constante
Rm
Re
A%
Ag%
El ensayo de tracción
Diferenciar materiales duros de blandos
¿ Por qué los aceros son el material más usado en
la fabricación Industrial ?
La producción mundial de acero supera los 1200 Millones de toneladas por año y es la principal materia
prima inductrial para usos estructurales.
Junto a un moderado coste de fabricación frente a otros metales como el Aluminio, sus ventajas se
centran en:
– Gran veriedad de niveles de resistencia y conformabilidad. Existen aceros con límites elásticos
de 150 Mpa y aceros con límites elásticos superiores a 1500 Mpa. Respecto a la
conformabilidad puede ser inferior al 3 % ó cercana al 99 %.
– Capaces de trabajar en un rango elevado de Temperaturas, desde -100 ºC hasta T superiores
a 700 ºC
– Presentan una excelente soldabilidad comparativamente con otros metales.
– Posee un nivel muy elevado de reciclabilidad..
ACEROS PARA LA AUTOMOCIÓN
El suministro de aceros para la automoción supone un reto importante desde el punto
de vista de Calidad para los principales fabricantes de acero.
Se trata de un mercado en el que el número de piezas defectuosas se mide en ppm y
ello exige procesos-productos diseñados y controlados de acuerdo a un Sistema
de Calidad Total. Como Norma de referencia de Gestión para el suministro al
mercado de la Automoción se ha impuesto en los últimos años la ISO-TS16949.
El cumplimiento con esta Norma exige una gestión enfocada a la Mejora
Continua, con todos los procesos de la empresa debidamente controlados y
optimizados y una gestión enfocada en maximizar la satisfacción del Cliente.
A este requerimiento de Calidad se une una necesidad de servicio JIT ( Just in Time )
que minimice los stocks en las diferentes etapas de la cadena de suministro.
Para poder satisfacer las necesidades de Servicio y de Calidad ha sido fundamental
para los fabricantes el diseño de procesos más robustos y la utilización de
controles avanzados en las distintas etapas de fabricación. Destacan en los
últimos años los Sistemas de Inspección Automática y los sistemas EPC.
ACEROS PARA LA AUTOMOCIÓNLos sistemas de Inspección Automática son equipos con cámaras que captan
imágenes de alta resolución del 100 % de la superficie de la bobina a la
velocidad y temperatura del proceso. Estas imágenes se comparan con unas
imágenes patrón y permiten hacer una valoración del número de defectos que
posee una bobina para su valoración respecto a la Norma correspondiente.
Los Sistemas EPC permiten en base a determinadas variables de proceso determinar
las propiedades físicas y mecánicas de cada metro de bobina.
Gracias a ambos avances es posible garantizar la calidad requerida en el 100 % de la
longitud de la bobina. Hace tan sólo unos años sólo era posible una inspección
visual de unos pocos metros de la bobina y unos ensayos físicos en el extremo
de la bobina .
Otro punto tremendamente crítico es la trazabilidad. De una bobina de acero es
posible fabricar miles de piezas que acabarán montadas en miles de vehículos.
Es preciso disponer de suficientes controles internos que permitan bloquear un
producto no conforme, pero en ocasiones el problema puede aparecer en
Cliente. En esas ocasiones una inmediata capacidad de delimitar el alcance del
problema es totalmente imprescindible. Los registros de fabricación hoy en día
afectan a miles de variables con datos metro a metro de los productos y se
almacenan durante años con objeto de poder dar solución a potenciales crisis.
ACEROS PARA LA AUTOMOCIÓNEn los últimos años la Industria del automóvil ha tenido una muy fuerte
evolución hacia aceros de alta resistencia con el objeto de reducir el peso de los vehículos y con ello mejorar sus prestaciones y reducir los consumos. Se ha pasado de aceros en general “blandos “ a algunos aceros de media-alta resistencia tipo HSS ( High Strength Steels) y más recientemente a aceros de muy alta resistencia denominados AHSS (Advanced High Strength Steels ).
• HSS. (HIGH STRENGTH STEELS ). Presentan Límites Elásticos entre 210 y 550 MPa. Se trata de aceros monofásicos ( normalmente ferríticos ). Como principal ejemplo los aceros HSLA ( High Strength Low Alloyed ) con tratamientos de laminación termomecánica..
• AHSS ( ADVANCED HIGH STRENGTH STEELS ). Presentan Límites Elásticos superiores a 550 MPa (normalmente son aceros multifase, pudiendo presentar FERRITA /MARTENSITA /BAINITA /AUSTENITA RETENIDA). Como ejemplos los Aceros TRIP (PLASTICIDAD INDUCIDA POR DEFORMACION), DP (FASE DUAL), CP (FASE COMPLEJA ) Y MS (MARTENSÍTICOS )
Tensi
le S
trength
[M
Pa]
TRIP
MicroalloyedBake-HardeningIF-HSSRephosphorised
10% 20% 30% 40% 50%
200
300
400
500
600
700
800
Elongation A80(%)
Dual Phase
900
HSS
AHSS
CQ, DQ, DDQEDDQSuperEDDQ
Complex Phase1000
1100
1200
Evolución
Resistencia1300
1400
1500
0%
Quenchable B
Materiales
140 MPa
210 MPa
280 MPa
350 MPa
420 MPa
Ultra High
Strength
Steel
Sandwich
MATERIALES
APLICACIÓN
PROCESO DE FABRICACIÓN MATERIAL
GALVANIZADO
En su mayor parte el acero del automóvil es material galvanizado en
caliente por inmersión. Así sobre la capa de acero se deposita una
fina capa de Zn que protege al acero de la corrosión.
Stee
l Fe2Al5
layer10 mm
Oxidized top
surface layerZinc layer
PROCESO DE FABRICACIÓN MATERIAL
GALVANIZADO
Por su importancia en la calidad del producto final destacaremos las
siguientes etapas en la fabricación del material galvanizado:
• Acería. En esta etapa se solidifica el material que ya no volverá a estar más
en estado líquido. Se fija aquí la composición química y la calidad interna.
• Laminación en Caliente. En este proceso se modifica notablemente la
microestructura del material pudiendo mejorarse las propiedades mecánicas
merced al afino del tamaño de grano.
• Laminación en Frío. En este proceso se obtiene el espesor final del producto
siendo críticas las tolerancias.
• Galvanizado por inmersión. Relevante para las propiedades mecánicas en
base al ciclo en el horno de recocido y la calidad superficial tras el
recubrimiento
Acería
CONVERTIDOR RH-OB
COLADA
CONTÍNUA
Laminación en Caliente
La
min
ac
ió
n C
alie
nte
Hornos Recalentamiento
Desbastador
Acabador
Bobinadora
Laminación en frío
Decoiling
Recoiling
Galvanizado en Continuo
HORNO DE RECOCIDO ZONA DEL POTE TEMPER
Solid Solution Precipitation
Grain Size Refinement Second Phases
Métodos de Endurecimiento del Material
Aceros HSLA
Los aceros HSLA consiguen un aumento muy notable de las propiedades
mecánicas en base a una precipitación fina que permite anclar las juntas de
grano y con ello evitar su recristalización y crecimiento.
MENOR TAMAÑO DE GRANO IMPLICA UNA MAYOR SUPERFICIE
ESPECÍFICA DE BORDE DE GRANO O LÍMITE DE GRANO. ESTOS
LÍMITES O BORDES DE GRANO SUPONEN UNA BARRERA O
LIMITACIÓN AL MOVIMIENTO DE LAS DISLOCACIONES, LO
CUAL SUPONE UN INCREMENTO DE LAS PROPIEDADES
RESISTENTES.
POR OTRO LADO LIMITAR EL TAMAÑO DE GRANO TAMBIÉN
SUPONE UN MAYOR IMPEDIMENTO AL CRECIMIENTO Y
PROPAGACIÓN DE GRIETAS, LO QUE SE TRADUCE EN UN
AUMENTO DE LA TENACIDAD.
Aceros HSLA
LA MAYORÍA DE LOS ACEROS SE FABRICAN MEDIANTE
LAMINACIÓN EN CALIENTE Y EN LOS FABRICADOS
POR OTROS MÉTODOS EL CONTROL DEL TAMAÑO DE
GRANO ES UN PROBLEMA TODAVÍA MAYOR.
EN EL PROCESO DE LAMINACIÓN EN CALIENTE LAS
TEMPERATURAS A LAS QUE SE PRODUCE LA
LAMINACIÓN SON TODAVÍA MUY ALTAS (PARA QUE EL
ACERO PERMITA SU DEFORMACIÓN) Y EL PROPIO
PROCESO DE LAMINACIÓN INTRODUCE ACRITUD EN
EL ACERO. ESTA ACRITUD JUNTO CON LA
TEMPERATURA ACUMULAN LA SUFICIENTE ENERGÍA
COMO PARA QUE SE PRODUZCA UNA
RECRISTALIZACIÓN DEL GRANO DEFORMADO Y UN
AUMENTO EN EL TAMAÑO DE GRANO….
1150 - 1250 ºC
<975ºC (con Nb)
900ºC /950ºC
850ºC /900ºC
730ºC /760ºC
<700ºC
Tª (ºC)
TC
TNR
Ac3
Ar3
Ar1
Grain size 6-7
With Al (or Nb, V)
With Al ó V
With Nb
AC AC
8-9 9-10 10-11
11-13
8-9
+
LA REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO FERRÍTICO MEJORA TANTO LAS
PROPIEDADES RESISTENTES COMO LA TENACIDAD
Proceso de laminación en Caliente
AS ROLLED(C-Mn Steels)
Low Properties
1150 - 1250 ºC
<975ºC (con Nb)
900ºC /950ºC
850ºC /900ºC
730ºC /760ºC
<700ºC
Tª (ºC)
TC
TNR
Ac3
Ar3
Ar1
Grain size 6-7
With Al (or Nb, V)
With Al ó V
With Nb
AC AC
8-9 9-10 10-11
11-13
8-9
+
Proceso de laminación en CalienteLA REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO FERRÍTICO MEJORA TANTO LAS
PROPIEDADES RESISTENTES COMO LA TENACIDAD
NORMALIZED
Smaller grain size by heat treatment with the help of Al and Nb. Possible to harden because of V
1150 - 1250 ºC
<975ºC (con Nb)
900ºC /950ºC
850ºC /900ºC
730ºC /760ºC
<700ºC
Tª (ºC)
TC
TNR
Ac3
Ar3
Ar1
Grain size 6-7
With Al (or Nb, V)
With Al ó V
With Nb
AC AC
8-9 9-10 10-11
11-13
8-9
+
Proceso de laminación en CalienteLA REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO FERRÍTICO MEJORA TANTO LAS
PROPIEDADES RESISTENTES COMO LA TENACIDAD
NORMALIZINGSmaller grain size by recristallization at low temperature or by rolling in the non recristallization area (Nb Steels). )It is possible to harden because of V
1150 - 1250 ºC
<975ºC (con Nb)
900ºC /950ºC
850ºC /900ºC
730ºC /760ºC
<700ºC
Tª (ºC)
TC
TNR
Ac3
Ar3
Ar1
Grain size 6-7
With Al (or Nb, V)
With Al ó V
With Nb
AC AC
8-9 9-10 10-11
11-13
8-9
+
Proceso de laminación en CalienteLA REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO FERRÍTICO MEJORA TANTO LAS
PROPIEDADES RESISTENTES COMO LA TENACIDAD
TERMOMECHANICAL CONTROLLED ROLLING
( Nb Steels)Very small grain size by rolling all the finishing phase in the non recristalization area, inclusive in the ferritic area. Very high mechanical properties obtained.
Ablandamiento como consecuencia de
una recristalización dinámica.
-A mayor T y/o velocidad de
deformación, menor resistencia.
T elevada.- Deformación y recristalización muy rápida,
durante la laminación y entre pasadas. Lleva a un grano
recristalizado bastante basto aunque más fino que el original.
T “media”.- Deformación y acritud medias, recristalización
estática. Posible recristalización incompleta (gérmenes en
borde de granos deformados por T demasiado baja o
engrosamiento de granos recristalizados por T demasiado
elevada).)
T “bajas”.- No se permite la redistribución por difusión de las
dislocaciones en bordes de grano y menos provocar la
germinación y crecimiento de nuevos granos.
Esta evolución de la microestructura
depende del rango de temperaturas
en que se realiza la deformación.
Aceros HSLA
LA SOLUCIÓN AL PROBLEMA RADICA EN IMPEDIR EL
AUMENTO DEL TAMAÑO DE GRANO DURANTE EL
PROCESO DE LAMINACIÓN EN CALIENTE.
PARA CONSEGUIR ESTO SE ADICIONAN AL ACERO
ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN MUY BAJA
PROPORCIÓN QUE FORMAN FINOS PRECIPITADOS EN
LOS BORDES DE GRANO, ANCLANDO LOS MISMOS E
IMPIDIENDO SU CRECIMIENTO.
LOS PRECIPITADOS QUE SE FORMAN SUELEN SER
CARBUROS, NITRUROS O CARBONITRUROS.
ESTOS FINOS PRECIPITADOS APARTE DE IMPEDIR EL
CRECIMIENTO DE GRANO TAMBIEN IMPIDEN EL
DESPLAZAMIENTO RELATIVO DE LOS LÍMITES DE
GRANO CONSIGUIENDO UNA MEJORA GLOBAL DE LAS
PROPIEDADES MECÁNICAS.
Aceros HSLA
• El objeto es obtener una estructura ferrítica de grano muy fino y deformado , lo que permitirá las siguientes características del material:
– Elevado nivel de Límite Elástico ( 500 Mpa ) y Carga de Rotura.
– Mejora de la tenacidad y Resistencia al Impacto ( con T de transición inferiores a -70 ºC )
¿ Como se consigue esta estructura ?
Realizando suficientes pasadas de laminación por debajo de la Temperatura de No Recristalización. Así el grano acumula deformación, se va alargando, afinando y llenando de dislocaciones.
El problema es que la temperatura de No Recristalización de un acero al C-Mn es muy baja ( menor de 800 º C ) lo que llevaría a temperaturas de laminación n o aplicables industrialmente.
Aceros HSLA
Lo que se hace es añadir al acero elementos que aumenten esta Tnr. Estos elementos son fundamentalmente el V y Nb, y permiten llevar Tnr a niveles superiores a 950 º C
¿ Como aumentan Tnr ?
El V y Nb están disueltos en el acero por encima de los 1200 ºC. Al realizarse el proceso de enfriamiento, si este es suficientemente lento, precipitan en forma de Carbonitruros en las juntas de grano austeníticas. Así estos precipitados anclan las juntas de grano no permitiendo la recristalización.
Además estos precipitados realizan un aumento de las propiedades por partículas dispersas por lo que tienen un doble efecto
Aceros HSLA
Habitualmente, tras terminar la laminación y producirse la transformación ferrítica se realiza un enfriamiento en agua que permite mantener las tensiones residuales del material y que no haya ningun tipo de crecimiento de los precipitados
Este tipo de procesos termomecánicos se utilizan de manera generalizada en los aceros para Tubería API y está aumentando su uso en otros sectores ( estructural, calderas y naval ). Esto es debido a la buena soldabilidad y tenacidad que ofrecen.
La fabricación de este tipo de productos conlleva la necesidad de Cajas de Laminación potentes que permitan realizar fuertes deformaciones a temperaturas inferiores a 800ºC.
Pro
du
cto
s
ZstE 300 BH Galvanizado
MARCO PLACA MOTOR
AHSS EN LA INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN.
LA BUSQUEDA POR FABRICAR VEHÍCULOS MÁS LIGEROS Y MÁS
SEGUROS HA LLEVADO A INTRODUCIR ACEROS DE MÁS ALTA
RESISTENCIA . ESTOS ACEROS RECIBEN EL NOMBRE DE AHSS (
ADVANCED HIGH STRENGTH STEELS ).
ESTOS ACEROS PROPORCIONAN UNA EXCELENTE
COMBINACIÓN DE RESISTENCIA MECÁNICA, DUCTILIDAD,
TENACIDAD, CONFORMABILIDAD Y DURABILIDAD.
AHSS EN LA INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN.
ASÍ TENEMOS:
•ACEROS DE BAJA RESISTENCIA ( ACEROS IF, ACEROS LC)
•ACEROS DE ALTA RESISTENCIA (HSS )
•ACEROS AHSS
• ACEROS DP (FASE DUAL )
•ACEROS TRIP
•ACEROS CP (FASE COMPLEJA )
•ACEROS MS (MARTENSÍTICOS)
•ACEROS FB (FERRITOBAINÍTICOS)
•ACEROS TWIP
•ACEROS PFHT (TRATADOS DESPUES DE CONFORMADO)
AHSS EN LA INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN.
CARA A SU NOMENCLATURA SE REALIZA COMO:
XXaaabbb donde
XX TIPO DE ACERO
aaa LIMITE ELÁSTICO MÍNIMO EN MPa
Bbb CARGA DE ROTURA MÍNIMA EN MPa
AHSS EN LA INDUSTRIA DE LA AUTOMOCIÓN.
ACEROS TRIP• TRIP: Transformation Induced Plasticity
–Microstructure compleja con transformación de fase
durante el proceso de estampado
• La Austenita retenida es metaestable y se transformará en
martensita durante el proceso de estampado..
–Muy elevada resistencia
–Buen compromiso resistencia/ductilidad. Re~500,
Rm~800, A~28
TRIP: Composición
Ac
ero
s T
RIP
•Estabilizadores de la Austenita
C, Mn
•Inhibidores de la precipitación de Carburos
Si, Al
• Dual Phase: Mezcla de una fase « dura » (martensita) y de
una fase « blanda » (ferrita)
Acero Dual Phase
Microestructura de un acero dual phase
Aceros DP450, DP500, DP600, DP 780, DP1000, DP1200, DP1400.
• Matriz Ferritica. 10-20% Martensita
• Re/Rm<0.7 (Rm>600 MPa)
• Alto n . Buen nivel de Alargamiento Uniforme
• No tienen palier. Es posible utilizarlos en exposed parts
• Buen nivel de alargamiento total: A%>20 para Rm>600 MPa
• Buen comportamiento a Fatiga
• Alta Tenacidad
• BH>50 MPa
Dual Phase Steels
DUAL PHASE Galvanized
-> ,P
460ºC
Eje
mp
lo
s A
ce
ro
s D
P
DP 600 GI-Aplicaciones
• Thickness: 2 mm
Pillar-B
ACEROS MARTENSÍTICOS
• ESTOS ACEROS OFRECEN LOS NIVELES DE
RESISTENCIA MÁS ELEVADOS DEL MERCADO.
• EL C ES EL ELEMENTO BÁSICO YA QUE COMBINA
TEMPLABILIDAD Y ENDURECE LA MARTENSITA. SE
UTILIZAN ADEMÁS Mn, Si, Cr, Mo, B, V Y Ni PARA
INCREMENTAR LA TEMPLABILIDAD DEL ACERO.
• DURANTE EL PROCESO DE RECOCIDO LA AUSTENITA
SE TRANSFORMA EN SU MAYOR PARTE EN
MARTENSITA.
• SU NIVEL DE CARGA DE ROTURA PUEDE LLEGAR A
1700 MPa. NORMALMENTE SE SOMETEN A REVENIDO
PARA MEJORAR SU DUCTILIDAD.
• DESTACAR LOS ACEROS AL B . SE UTILIZAN
FUNDAMENTALMENTE EN PIEZAS ANTIINTRUSIÓN.
Nissan : Micra Renault : Mégane II
Joint elements PIED AV/LONG
LONGERON CENTRAL
M800 Applications
ACEROS BAKE HARDENING
•SON ACEROS ENDURECIBLES POR CALENTAMIENTO EN EL
PROCESO DE PINTURA A UNA T DE 170ºC.
PRINCIPIO DEL BH:
Presencia de carbono y nitrógeno libres en solución sólida dentro de la
matriz de ferrita.
Durante el proceso de pintura, estos elementos se
desplazan hacia las dislocaciones, bloqueándolas
Que es el efecto BH?
Efecto BH
Heating Hot Stamping
Typical hot-stamping lines
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