Acciai da stampaggio laminati a freddo. Renzo Valentini Dip. Ing. Chimica, Chim. Ind. e Scienza dei Mat.

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1 Acciai da stampaggio laminati a freddo Renzo Valentini Dip. Ing. Chimica, Chim. Ind. e Scienza dei Mat.

2 Spessore più sottile Tolleranze dimensionali più ristrette Forma ottimale Superficie esente da ossidazione Ottima stampabilità Accurata finitura superficiale Superficie con bassa difettosità Proprietà specifiche per utilizzo: smaltabilità fosfatabilità tranciabilità basse perdite magnetiche verniciabilità Scopi della laminazione a freddo

3 TIPICI PROCESSI DI PRODUZIONE MATERIALI DA STAMPAGGIO Acciai Al-K Low Carbon (C<0.05%) Avvolgimento basso Ric. statica Gradi: Siviera C. Continua Lam. caldo Avvolgimento alto CAPL, ZINC Gradi: Ric. statica Gradi: Siviera + RH C. Continua Lam. caldo Avvolgimento alto CAPL, ZINC Gradi: Acciai IF (C<0.005%) Il degasaggio con gli impianti RH è obbligatorio per gli acciai Intestitial Free (IF). A volte nei processi di acciaieria può essere richiesta la desolforazione (gradi elevati di stampaggio) e si può impiegare un parziale degasaggio per acciai al C (BH, particolari qualità etc.)

4 FATTORI CHE INFLUENZANO LA STAMPABILITA 1. Bassi tenori di C ed N nell acciaio; 2. Bassi livelli inclusionali (solfuri ossidi grossolani etc.); 3. Bassi tenori di impurezze ed elementi di lega non voluti in questi acciai (S, P, As, Sn, Cu, Mo etc.); 4. Controllo e contenimento dell eventuale presenza di C ed N liberi (non combinati); 5. Microstruttura a grano relativamente grosso; 6. Favorevole orientazione cristallografica del grano stesso rispetto alla direzione di laminazione; I punti 1, 2 e 3 dipendono solo dall acciaieria (composizione chimica) mentre i punti 4, 5 e 6 dipendono sia dall acciaieria che dai parametri termomeccanici (laminazione a caldo, temperature di avvolgimento, tasso di laminazione a freddo, tipologia e parametri di ricottura; Stabilire la stampabilità di un acciaio, attraverso lo studio del suo ciclo di fabbricazione, è molto complesso a causa delle numerosi variabili coinvolte; Le principali variabili sono, per la composizione chimica, tra acciai al C e acciai IF e, per i cicli di fabbricazione, tra acciai da ricottura statica e acciai da ricottura continua.

5 Generalità sulle caratteristiche meccaniche Una lamiera di acciaio si dice stampabile quando le caratteristiche meccaniche principali (snervamento, allungamento, incrudimento, anisotropia) rispecchiano certe condizioni: in generale minori snervamenti, ed alti valori di allungamento, incrudimento, anisotropia danno luogo ad acciai migliori; Le classi di acciaio classificate in ordine crescente di stampabilità, caratteristica soprattutto legata all anisotropia minima indicata dalla lettera r, sono genericamente suddivisibili come: CQ (Commercial Quality, tipo 01) r=1 DQ (Drawing Quality, tipo 03) r=1.3 DDQ (Deep Drawing Quality (tipo 04) r=1.6 EDDQ (Extra Deep Drawing Quality tipo 05)* r=1.9 SEDDQ (Super Extra Deep Drawing Quality) r>2.5 La r indica l attitudine dell acciaio a subire deformazione plastica durante lo stampaggio senza rotture Ovviamente contano moltissimo anche il carico di snervamento massimo ammissibile per ogni classe e l allungamento minimo a rottura. *Esistono anche i gradi 06 e 07 caratterizzati da valori di r e delle altre caratteristiche spesso legate più ad accordi con i clienti che alle normative. Ovviamente esistono altre normative di clienti (in particolare nel settore auto) e le caratteristiche vengono definite caso per caso.

6 Incrudimento ed allungamento a rottura Il valore di n viene a dipendere sostanzialmente dal diametro del grano e dalla composizione chimica con una relazione del tipo: n = d 2 n i = 1 αi(%) 1 i I valori dei coefficienti α i sono alti per Cu, Si e Mo e bassi per il Cr (da 0.06 a 0.02). E comunque evidente, anche per il valore di n come sia importantissimo avere una elevata dimensione del grano ferritico ed una composizione la più vicina possibile a quella del Fe puro. Anche per l allungamento a rottura occorre avere basso tenore di elementi di lega, bassi snervamenti, e, soprattutto, modesti contributi in termini inclusionali (ossidi, solfuri) e di precipitati (cementite e quindi C).

7 Caratteristiche tensili Questo termine, sia per lo snervamento che per al rottura, può essere espresso come sommatoria di diversi contributi: la resistenza del reticolo, la resistenza per soluzione solida, quella per precipitazione, quella per contributo delle dislocazioni (incrudimento), quella per affinamento di grano e quella dovuta alla eventuale presenza di fasi diverse (perlite, bainite, ferrite aciculare, martensite) r + σs + σp + σd + Kd σistrutturali σ = σ + Normalmente negli acciai da stampaggio si tende ad avere il minor carico di snervamento possibile da qui l esigenza di avere il minor quantitativo di elementi di lega, nessun incrudimento o rafforzamento per precipitazione e fasi secondarie e, soprattutto, il grano più grosso possibile. Ad esempio una tipica formula valida per lo snervamento è (in Mpa): σ ys = Mn + 83Si N d 1. 2

8 Anisotropia r Al valore della r, si attribuisce una forte dipendenza dal grano e alla categoria di acciaio (al C, IF al Ti etc.). Va però ricordato, che la r dipende moltissimo dalle condizioni di laminazione tanto è vero che per le laminazioni in campo ferritico la sfavorevole orientazione cristallografica dà luogo a modesti valori di r (circa 1) anche per grani molto grandi (bassissimi snervamenti, alti valori di n). Utilizzando la dimensione N del grano secondo ASTM per acciai laminati a caldo in campo austenitico, vale la relazione (r 0 e k dipendenti dal tipo di acciaio): r = r 0 kn

9 Generalità La ricottura è l operazione con la quale si ricostituisce il grano dell acciaio nel crudo di laminazione rendendo il materiale idoneo agli impieghi nel settore dello stampaggio. La ricottura di ricristallizzazione industriale degli acciai dolci, può essere statica (coils interamente ricotti in forni a campana) o continua in cui il nastro si sposta velocemente in un complesso di forni. Anche se le modalità metallurgiche sono diverse tra i due sistemi, comunque durante la ricottura l acciaio recupera in modo importante la duttilità diminuendo la durezza del crudo attraverso l annullamento di gran parte delle dislocazioni generate dalla laminazione a freddo (da cm/cm 3 a 10 6 cm/cm 3 ) e la riorganizzazione dei grani ferritici attraverso la ricristallizzazione e la crescita orientata dei grani stessi. Questi fenomeni sono nell ordine: Recovery; Ricristallizzazione; Crescita dei grani;

10 Recovery Durante la fase di recovery, l acciaio comincia a perdere dislocazioni a temperature tanto più basse quanto più è alta l energia immagazzinata (tasso di laminazione a freddo elevato). Durante il recovery, dunque, si ha una forte variazione di alcune caratteristiche fisiche come la resistività elettrica, ma non si hanno apprezzabili modifiche delle caratteristiche meccaniche.

11 Poligonalizzazione Le orientazioni cristallografiche dei piani (111) iniziano più rapidamente a restaurarsi rispetto alle altre direzioni in quanto la driving force per il fenomeno dipende proprio dalla differente aliquota di energia immagazzinata nelle varie direzioni del reticolo della ferrite secondo l ordine: (111)>(112)>(001). Durante il recovery, inizia però anche il fondamentale processo di poligonalizzazione in cui, dopo l annullamento delle dislocazioni di segno opposto, si ha il raggruppamento di quelle dello stesso segno fino a formare contorni di sottograni e diminuire ulteriormente il contenuto di energia del cristallo:

12 Ricristallizzazione La ricristallizzazione segue il recovery e consiste in un nuovo riarrangiamento strutturale costituito nella formazione, attraverso meccanismi di nucleazione ed accrescimento, di grani cristallini nuovi relativamente perfetti, che sostituiscono la struttura precedente caratterizzata da grani fortemente deformati. In questa fase si ha una sensibile diminuzione di durezza dell acciaio mentre aumenta la duttilità. La velocità di ricristallizzazione dipende da alcuni fattori che principalmente sono: a) Grado di deformazione iniziale: tanto maggiore è e tanto più bassa è la temperatura di ricristallizzazione mentre tanto più piccoli sono i grani cristallini nuovi; b) La temperatura di ricottura: abbassando la temperatura aumenta esponenzialmente il tempo necessario per ottenere grani di dimensioni equivalenti; c) La purezza dell acciaio: tanto maggiore è la purezza tanto minore è la temperatura di ricristallizzazione.

13 In generale, l andamento della ricristallizazione può essere schematizzato attraverso l equazione di Johnson- Mehl-Avrami indicando con Xv il tasso di ricristallizzazione: X V = 1 exp( Kt Da un punto di vista della tessitura del materiale, si osserva la crescita preferenziale proprio in funzione dell orientazione dei piani cristallini. n )

14 Crescita dei grani I grani ricristallizati, quando il processo di ricristallizzazione primaria è terminato, si accrescono ulteriormente per diminuire l energia del metallo. In questa fase l energia interessata è quella superficiale dei grani stessi, si ha cioè, un fenomeno di evoluzione della struttura che tende a diminuire il rapporto superficie volume attraverso il meccanismo dell accrescimento. Questo meccanismo è favorito dalle alte T che permettono moti diffusivi tra grano e grano in modo che alcuni si accrescano a scapito di altri. Gli atomi in superficie hanno la tensione superficiale γ (energia libera per unità di superficie) maggiore degli atomi interni e tendendo il sistema all equilibrio la configurazione finale dovrà soddisfare, nell incontro di tre grani la condizione: γ γ γ A B C = = Sin( A) Sin( B) Sin( C) γ B C A B γ A γ C

15 Nei bordi di grano a grande angolo, in genere le tensioni superficiali sono uguali e poco dipendenti dall orientamento quindi l eguaglianza precedente ha come conseguenza che gli angoli A, B e C sono uguali tra loro e pari quindi a 120. I grani ideali in un sistema piano, quindi saranno esagonali e quelli con un numero di lati minori di 6 non sono in equilibrio e devono sparire. Le dimensioni finali dei grani vengono a dipendere dal tasso iniziale di incrudimento, e quindi di laminazione, nel senso che maggiore è quest ultimo tanto più piccoli saranno i grani a parità di ricottura. La temperatura ed i tempi di ricottura, giocano un ruolo essenziale sulla crescita del grano come intuibile dalla legge di Hillert: D n n D 0 = Βt Dove B dipende dalla mobilità dei bordi dei, dall energia interfacciale e quindi dalla T, n è un coefficiente funzione soprattutto dell analisi chimica che vale da 2 (metalli puri) a valori anche superiori a 4 per le leghe industriale. Gli elementi di lega negli acciai come C, N, Mn, P, possono segregare ai bordi di grano e quindi frenare il processo ma soprattutto possono ostacolare la formazione di tessiture favorevoli allo stampaggio. Ad esempio il C favorendo la componente {100} al posto della {111} deve essere tenuto basso e sotto controllo per gli acciai ad altissima stampabilità ed è questo, unitamente al problema dell invecchiamento, che spinge all uso degli acciai IF.

16 Le dimensioni finali dei grani e la loro orientazione cristallografica, hanno enorme importanza sulle caratteristiche meccaniche degli acciai da stampaggio. In generale grani di relativamente elevate dimensioni (fino a µm) danno bassi snervamenti, elevati valori di n e di r (se con l orientazione giusta, ovviamente) e quindi buona stampabilità del prodotto. La dimensione dei grani, comunque, da sola non assicura ad esempio un buon valore di r, infatti, a parte le problematiche di tessitura, anche la composizione chimica dell acciaio gioca un ruolo importante a parità di dimensione del grano:

17 Ricottura statica e ricottura continua: problematiche industriali Le maggiori differenze tra ricottura statica e continua, da un punto di vista metallurgico, sono nella velocità di riscaldamento e raffreddamento e nella massima temperatura raggiunta. Quest ultima è sempre al disotto della A 1 nel caso della ricottura statica, mentre può essere superiore alla A 1 nel caso della continua.

18 In effetti la temperatura troppo elevata dà un effetto negativo sulle caratteristiche meccaniche degli acciai ricotti in statica oltre che dare problemi di processo a causa delle alte probabilità di incollaggio delle spire. I cicli di ricottura statica, sono molto lunghi e caratterizzati da una salita in temperatura estremamente lenta:

19 Le velocità di salita sono dell ordine di meno di un grado al minuto a differenza dei cicli di ricottura continua dove si arriva alle centinaia di gradi al minuto. Questa differenza ha profondo significato metallurgico sulle strutture ottimali di partenza e sullo stato del laminato a caldo in termini, soprattutto, di temperatura di avvolgimento., per l ottenimento di elevate caratteristiche di stampabilità in funzione del tipo di acciaio.

20 Metallurgia della ricottura statica: Generalità La metallurgia della ricottura statica per gli acciai al C Al-Killed, è basata sugli effetti dell azoto e dell alluminio contenuti nell acciaio in forma disciolta, dopo laminazione a caldo. Durante le fasi di fine laminazione a caldo, infatti, se viene settata una bassa T di avvolgimento (<550 C) e se il riscaldo bramma è avvenuto ad alte T (maggiori di 1200 C), i AlN contenuti della bramma e disciolti nel forno di riscaldo bramme, non riescono a precipitare in avvolgimento e rimangono totalmente soluti nell acciaio.

21 Nelle fasi di riscaldo della ricottura, si svolgono complessi fenomeni metallurgici di interazione tra Al ed N con le fasi di recovery e ricristallizzazione dell acciaio. Difatti durante la lenta salita termica si ha una agglomerazione di Al ed N con una sorta di pre-precipitazione sulle dislocazioni e sui sub-bordi di grano che da un lato ritarda la ricristallizzazione ma dall altro favorisce la formazione di tessiture ottimali per lo stampaggio. Questo avviene attraverso l innalzamento delle probabilità della tessiturazione secondo il piano {111} da questi agglomerati o precipitati finissimi di AlN sulla base delle energie immagazzinate durante la laminazione a freddo. I precipitati ritardano tutte le nucleazioni cosi che quelle sfavorevoli allo stampaggio ma con bassa energia immagazzinata praticamente avvengono solo in minima parte mentre lungo i piani {111} si ha si un ritardo ma alla fine la nucleazione avviene con meno piani competitivi per orientazioni sfavorevoli. Questo meccanismo, non ancora del tutto chiarito in tutti i suoi aspetti, ha come risultato la classica struttura detta pan-cake degli acciai ricotti in statica dopo basso avvolgimento in laminazione.

22 Gli acciai calmati all alluminio ricotti in statica sono quindi suscettibili di presentare tre tipi di microstrutture, poiché l ottenimento dell uno o dell altro di questi tipi è funzione del momento in cui, nella filiera di fabbricazione del prodotto, ha luogo la precipitazione definitiva del nitruro di alluminio Al. Una microstruttura a grani equiassici (Fig. a) è ottenuta quando l azoto è sotto forma A1N prima della ricottura o quando precipita dopo il processo di ricristallizazione alla ricottura. Si noterà che si tratta del caso di aspetto abituale di ricottura in continuo. La microstruttura a grani allungati (detta pan-cake ; Fig. b) è ottenuta nel caso in cui la precipitazione di A1N ha luogo nel corso di ricottura, prima della fase di ricristallizazione dando un grano di forma allungata, in ragione di una crescita dei germi privilegiata nella direzione di laminazione. Il terzo aspetto possibile corrisponde a una ricristallizzazione detta in zona di transizione ; si tratta in effetti di un caso di figura intermedia in cui c è una concomitanza tra la precipitazione di A1N e la ricristallizazione. a- grani equiassici b-grani pan-cake

23 Quando l alluminio e l azoto sono in soluzione prima dell operazione di ricottura, il tipo di microstruttura ottenuto dipende dalla velocità di riscaldamento alla ricottura. Ne segue una forte dipendenza delle caratteristiche meccaniche classiche e del valore di r di fronte a questo parametro. Il comportamento delle curve della figura dipende dalle condizioni di fabbricazione a monte della ricottura, in relazione con gli effetti di alcuni parametri di fabbricazione sui fenomeni di precipitazione di A1N e della ricristallizzazione. I parametri influenti sono particolarmente i tenori in alluminio e azoto, così come il tasso di laminazione a freddo, ma altri fattori come i tenori in carbonio, manganese e elementi chimici residui, hanno, o potrebbero avere, un effetto.

24 Condizioni di fabbricazione Nella misura in cui la microstruttura a grani allungati ( pan-cake ) si accompagna abitualmente ad una tessitura favorevole allo stampaggio profondo (valore elevato di r), l obiettivo del processo di fabbricazione di una lamiera sottile per stampaggio, a partire da un acciaio calmato all alluminio ricotto in statica, è quello di ottenere questo tipo di aspetto micrografico. Nota: si evita abitualmente la zona di transizione, che corrisponde a dei grani relativamente grossi e fortemente allungati (indice ASTM del grano<8), in ragione di una degradazione della duttilità e del rischio di formazione della buccia d arancia al momento dello stampaggio. In conseguenza, è necessario: avere dei tenori in alluminio e in azoto sufficientemente elevati nell acciaio, badare a che questi elementi siano in soluzione solida prima della ricottura, adattare la velocità di riscaldamento alla ricottura. Ciò impone dei vincoli della filiera di fabbricazione a caldo.

25 Realizzazione nell acciaieria I tenori in alluminio e in azoto sono classicamente vicini a 0,050% e 0,005% rispettivamente (si parla di acciai a tenori controllati in Al e N). I tenori in carbonio e manganese sono definiti in funzione della qualità voluta. Per la fabbricazione della qualità FeP05, si utilizzano degli acciai a bassi tenori in carbonio e manganese (rispettivamente 0,030% e 0,200%). D altro canto, è importante controllare e limitare i tenori in elementi chimici residui (indurimento, degradazione della duttilità e della tessitura). Per questo motivo si impiega a volte anche la desolforazione anche se non è chiarissimo se tale processo abbia sempre conseguenze davvero importanti sulla stampabilità del materiale. Su alcuni acciai, detti isotropi, si aggiungono piccoli tenori di Ti che, legandosi con n e C, ostacolano la crescita preferenziale lungo i piani (111). Difatti per questi acciai lo scopo è quello di avere basso valore di r e di conseguenza si accetta un valore di r=1.

26 Realizzazione al treno a caldo Per ottenere che l azoto sia in soluzione solida al momento della ricottura, è necessario di sciogliere, al momento del riscaldamento delle bramme prima della laminazione a caldo, i precipitati di A1N formati nel corso del raffreddamento del metallo in uscita dalla colata continua. Ciò si traduce in pratica con l impostazione di temperature dell ordine di perfino C nel riscaldo bramme. D altro canto, bisogna evitare che l azoto non si ricombini con l alluminio dopo laminazione a caldo, sia nel corso del raffreddamento, sia nell avvolgimento (nel corso di quello che si può definire chiama autoricottura di avvolgimento). Ciò impone un raffreddamento rapido e una avvolgimento detto basso (abitualmente inferiore a 600 C) Esiste ugualmente un vincolo in termini di temperatura di fine laminazione a caldo: essa deve in effetti essere superiore o uguale alla temperatura Ar 3 se si vuole evitare un deterioramento della duttilità e del valore di r sul prodotto.

27 Realizzazione nello stabilimento a freddo Il tasso di laminazione a freddo condiziona la morfologia dei grani, le caratteristiche meccaniche e la tessitura dopo ricottura di ricristallizazione. Le figure illustrano gli effetti del tasso di laminazione a freddo sulla taglia del grano e il valore di r nel caso di un acciaio basso carbonio-basso manganese. In pratica, il tasso di riduzione a freddo è abitualmente vicino di 70%. Nota: in relazione con l evoluzione della tessitura cristallografica, e congiuntamente alle variazioni del valore di r, l anisotropia piana ( r) fluttua con il tasso di laminazione a freddo. Questo è evidentemente da prendere in considerazione in caso di problemi di earing.

28 A livello di ricottura, importa controllare (in effetti limitare) la velocità di riscaldamento per assicurare una ricristallizzazione nella maniera pan-cake ; essa è abitualmente inferiore a 50 C/h. La temperatura di ricottura (temperatura di mantenimento) è definita in funzione della qualità voluta; essa è inferiore ad Ac 1 (essa varia in una gamma da 650 a 720 C). Il raffreddamento dopo mantenimento è molto lento, conducendo alla fine della ricottura a uno stato prossimo all equilibrio: struttura ferrite + cementite con precipitazione quasi completa del carbonio. Se la quantità di carbonio libero è sufficiente per provocare una discontinuità sulla curva sforzo-deformazione al momento di una prova di trazione monoassiale, essa è, tuttavia, abitualmente, insufficiente per generare un invecchiamento ulteriore del metallo (dopo skin-pass ). Tuttavia, per i tenori molto bassi in carbonio ( 0,010%), può aversi modificazione delle caratteristiche meccaniche in seguito a un trattamento termico a bassa temperatura sul prodotto. Ciò è messo a profitto negli acciai a bake-hardening.

29 Metallurgia della ricottura continua: Generalità In ricottura continua, tenuto conto della velocità elevata di riscaldamento, la precipitazione di A1N avviene dopo la ricristallizazione se l azoto è in soluzione prima della ricottura. Ciò non soltanto non permette di rinforzare la selettività di germinazione, ma inoltre provoca un blocco della crescita dei grani ricristallizzati, cosa che porta a una tessitura poco favorevole alla stampaggio e a un indurimento attraverso l affinamento del grano. D altro canto, la presenza di carburi e di carbonio in soluzione al momento della ricristallizzazione è ugualmente sfavorevole in termini di tessitura cristallografica. In conseguenza, nella filiera di ricottura in continuo, si cerca di effettuare la ricristallizzazione in una matrice ferritica più pura possibile: Eliminazione dell azoto in soluzione attraverso la precipitazione di A1N prima della ricottura, Limitazione del carbonio in soluzione solida (e della frazione volumetrica di carburo di ferro Fe 3 C). Per ciò che concerne l azoto, la precipitazione sotto forma di A1N sulla lamiera a caldo è ottenuta attraverso un avvolgimento ad alta temperatura (un altra possibilità consiste nel praticare un riscaldamento delle bramme a temperatura sufficientemente bassa per impedire la rimessa in soluzione di A1N).

30 Per quello che riguarda il carbonio e i carburi, si tratta di abbassare al massimo il tenore in carbonio dell acciaio (prendendone in conto l effetto di quest ultimo sull invecchiamento) e di fare coalescere i precipitati di Fe 3 C, che permette di limitarne il numero e di ridurre la quantità di carbonio rimessa in soluzione al momento del riscaldamento in ricottura. L avvolgimento alto favorisce questa coalescenza. Così, e contrariamente alla ricottura statica, un aumento della temperatura di avvolgimento permette, grazie alla precipitazione di A1N e la coalescenza della cementite, di migliorare il valore di r.

31 Realizzazione nell acciaieria Il tenore in carbonio abitualmente ottimale per gli acciai calmati all alluminio ricotti in continuo e destinati alla stampaggio, è vicina di 0,020%. Dei tenori nettamente superiori conducono a delle caratteristiche meccaniche sensibilmente meno favorevoli alla stampaggio; dei tenori più bassi (<0,015%) inducono una propensione all invecchiamento naturale del prodotto, nonostante l over-aging. Il tenore in manganese è ridotto al massimo in ragione di un effetto sfavorevole di questo elemento sul valore di r.

32 Il paramentro essenziale è abitualmente la temperatura di avvolgimento (considerando una laminazione a caldo classica al di sopra di Ar 3 e se si eccettua la pratica del riscaldamento a bassa temperatura ). L avvolgimento caldo presenta due inconvenienti: Il genere delle eterogeneità delle caratteristiche meccaniche sul prodotto in legame con delle differenze di velocità di raffreddamento tra il cuore e le estremità del COIL. La pratica di un avvolgimento detto a sella (temperatura più elevata in estremità) permette di attenuare sensibilmente queste eterogeneità. Ciò induce un rischio di crescita anormale dei grani, la quale può prodursi per alcuni accoppiamenti di Τ fine della laminazionee T di avvolgimento con conseguente scadimento delle caratteristiuche meccaniche del prodotto. Realizzazione al treno a caldo

33 Realizzazione nello stabilimento a freddo Proprio come nella ricottura statica, è auspicabile realizzare dei tassi elevati di laminazione a freddo per migliorare il valore di r. Per ciò che riguarda la ricottura, tenuto conto della velocità di riscaldamento elevata, la ricristallizzazione si effettua a una temperatura più alta che nella ricottura statica. Da qui sistematicamente occorrono delle temperature di mantenimento più elevate, poiché le condizioni (Τ, t) del mantenimento sono adattate in funzione della qualità volute. Le condizioni di raffreddamento dopo mantenimento e di sovrainvecchiamento sono definite per ottenere lo stato di precipitazione del carbonio auspicato. L operazione di skin-pass ha per scopo la soppressione del cuscinetto di limite di elasticità sistematicamente presente sul metallo in uscita dalla ricottura.

34 Invecchiamento (AI) In un certo senso, l effetto di invecchiamento è strettamente correlato al BH in quanto, in questo caso, se il carbonio soluto in eccesso è piuttosto elevato, si hanno fenomeni di invecchiamento spontaneo dell acciaio con aumento del carico di snervamento, diminuzione della n e dell allungamento a rottura. La prove si effettua predeformando il provino del 7%, riscaldandolo a 100 per 60 min e ripetendo la prova di trazione. La differenza di snervamento dà l indice di invecchiamento (o Aging Index) che su alcuni acciai (IF) può essere zero. Il valore di AI è proporzionale all allungamento di Luders che si ha su certi acciai prima dello skinpass:

35 Controllo dell invecchiamento L invecchiamento legato all azoto è soppresso dal blocco di questo elemento sotto forma di AlN. Per ciò che concerne il carbonio, tenuto conto della velocità di raffreddamento elevata alla ricottura, esiste una sovrassaturazione importante in carbonio in soluzione solida in uscita del raffreddamento, la quale è suscettibile di condurre ad un invecchiamento del prodotto, anche a temperatura ambiente. Per diminuire la quantità di carbonio in soluzione, si pratica un sovrainvecchiamento ( over-aging ) alla fine della ricottura, che consiste nel precipitare il carbonio in sovrassaturazione sotto forma di cementite. Nota: può essere interessante conservare sufficientemente carbonio in soluzione solida per provocare un invecchiamento (indurimento) importante al momento di un trattamento termico ulteriore: è questo il caso negli acciai a bake-hardening.

36 Caratteristiche meccaniche degli acciai Al-K prodotte in ricottura continua La distribuzione della cementite e le sue dimensioni, inoltre, hanno forte influenza sulle caratteristiche meccaniche dell acciaio. Anche la temperatura massima di soaking influenza marcatamente le caratteristiche del prodotto attraverso la sua azione sulla crescita dei grani della ferrite. Si osseva un miglioramento delle caratteristiche stesse fino ad una certa temperatura (vicina ai 900 C) oltre la quale si ha un brusco peggioramento a causa della formazione di eccessiva quantità di fase austenitica.

37 Tra le variabili chimiche, comunque, è il C che gioca il ruolo principale. E interessante osservare come esista un tenore di c critico (intorno ai 100ppm) che rende peggiori le caratteristiche meccaniche del materiale a causa della difficoltà a precipitare per basso grado di sovrassaturazione. Ovviamente se interessa l effetto Bake Hardening, si possono accettare valori attorno a questo limite ma ci si dovranno aspettare forti variabilità di risultati.

38 Struttura degli acciai ricotti in continua La classica microstruttura degli acciai ricotti in continua, presenta un grano tendenzialmente rotondeggiante, di dimensioni, per gli acciai Al-K non molto superiori ai 15 µm, solitamente. Solo per tenori di C<0.03 % ed alte temperature di ricottura, è possibile ottenere grani intorno ai µm come nel caso dei gradi 180 BH da zincato a caldo:

39 Uso del B negli acciai per ricottura continua Spesso negli acciai per ricottura continua si fa uso del B quale controllante dell azoto. Il B, infatti, è più affine all N dell Al e diffondendo molto velocemente quale elemento interstiziale, riesce a bloccare l Al anche per basse temperature di avvolgimento dando quindi un acciaio tendenzialmente più facile da ricristallizzare nelle linee di ricottura. Purtroppo come effetto secondario, la presenza del B deprime il valore della r, anche se ottengono grani di rilevanti dimensione, a causa della formazione di boro-carburi complessi di Fe. Per ottenere gli effetti ottimali sulle caratteristiche meccaniche, il rapporto atomico B/N deve tendere a 1.

40 Negli acciai a bake-hardening (indurimento al momento della cottura della vernice), la capacità di invecchiamento degli acciai calmati all alluminio è messa a profitto per provocare un aumento del limite di elasticità sul pezzo finito. Infatti, questi acciai permettono di conciliare una buona attitudine alla stampaggio (valore di R e basso sul metallo in piano) e una buona resistenza alla deformazione plastica del pezzo, in particolare una buona resistenza all indentazione dei pezzi esterni della carrozzeria automobile (aumento di Re al momento della cottura della vernice). Valori ottimali di BH si hanno per C soluto di circa ppm. La prove si effettua predeformando il provino del 2%, riscaldandolo a 170 per 20 min e ripetendo la prova di trazione. La differenza di snervamento dà l effetto BH. L effetto Bake Hardening