BR102020025956A2 - COLD LAMINATED STEEL STRIP COATED WITH FE ZN AND SIMULTANEOUSLY CONFORMED AND TEMPERED PART AND ITS MANUFACTURING PROCESS - Google Patents

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BR102020025956A2
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Julio Cezar De Sousa Zorzi
Túlio Magno Fuzessy De Melo
Roberta De Oliveira Rocha
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Usinas Siderúrgicas De Minas Gerais S.A. - Usiminas
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Abstract

TIRA DE AÇO LAMINADA A FRIO E REVESTIDA COM FE ZN E PEÇA CONFORMADA E TEMPERADA SIMULTANEAMENTE E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO. A presente invenção propõe uma tira de aço laminada a frio e revestida com Fe-Zn pelo processo de galvanização por imersão a quente e peça com resistência a tração acima de 1850 MPa e à corrosão atmosférica, através do processo de conformação e têmpera simultâneas (CTS). A tira e a peça fabricadas apresentam uma excelente qualidade superficial (isenta de defeitos, 100% de área de cobertura, homogênea, contínua e plana) tanto no revestimento Fe-Zn quanto após a simulação do processo CTS, sendo isento de trincas e com propriedades mecânicas em tração compatíveis com a aplicação. Sua composição é capaz de conferir uma resistência a corrosão suficiente para atender o mercado automobilístico neste seguimento de peça.COLD ROLLED STEEL STRIP AND COATED WITH FE ZN AND SIMULTANEOUSLY FORMED AND TEMPERED PIECE AND ITS MANUFACTURING PROCESS. The present invention proposes a cold-rolled steel strip coated with Fe-Zn by the hot-dip galvanization process and a piece with tensile strength above 1850 MPa and atmospheric corrosion, through the simultaneous forming and tempering process (CTS). ). The strip and the manufactured part have an excellent surface quality (free of defects, 100% coverage area, homogeneous, continuous and flat) both in the Fe-Zn coating and after the simulation of the CTS process, being free of cracks and with mechanical in traction compatible with the application. Its composition is capable of providing sufficient corrosion resistance to meet the needs of the automotive market in this part segment.

Description

TIRA DE AÇO LAMINADA A FRIO E REVESTIDA COM FE ZN E PEÇA CONFORMADA E TEMPERADA SIMULTANEAMENTE E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃOCOLD LAMINATED STEEL STRIP COATED WITH FE ZN AND SIMULTANEOUSLY CONFORMED AND TEMPERED PART AND ITS MANUFACTURING PROCESS CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

[1] A presente invenção se insere no campo da engenharia metalúrgica e descreve uma tira de aço laminada a frio e revestida com Fe-Zn para aplicação em peça de alta resistência mecânica conformada a quente, bem como o seu processo de fabricação.[1] The present invention is part of the field of metallurgical engineering and describes a cold-rolled steel strip coated with Fe-Zn for application in a hot-formed high mechanical strength part, as well as its manufacturing process.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOFUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[2] A utilização de aços avançados de alta resistência nos projetos automotivos é uma necessidade crescente, impulsionada pelo aumento no rigor das leis ambientais e de segurança, principalmente nos países em desenvolvimento. Nesse sentido, esses aços de mais alta resistência mecânica estão sendo empregados para reduzir a massa do veículo, melhorando o seu consumo de combustível e a segurança do passageiro durante uma eventual colisão.[2] The use of advanced high-strength steels in automotive projects is a growing need, driven by the increasing stringency of environmental and safety laws, especially in developing countries. In this sense, these higher mechanical strength steels are being used to reduce the vehicle's mass, improving its fuel consumption and passenger safety during an eventual collision.

[3] A baixa conformabilidade e o elevado retorno elástico desse tipo de aço são características que dificultam a estampagem convencional em seu processamento.[3] The low formability and high springback of this type of steel are characteristics that make conventional stamping difficult in its processing.

[4] A estampagem a quente surgiu como alternativa para a fabricação de peças que possuem formas complexas e elevada resistência mecânica. Através dessa tecnologia é possível produzir peças com o mínimo de retorno elástico.[4] Hot stamping emerged as an alternative for the manufacture of parts that have complex shapes and high mechanical strength. Through this technology it is possible to produce parts with minimal springback.

[5] Nesse processo, a microestrutura do blank é austenitizada em um forno com temperatura entre 850°C e 950°C, em seguida ele é transferido para a prensa, onde é conformado e resfriado bruscamente (temperado) por matrizes refrigeradas.[5] In this process, the microstructure of the blank is austenitized in an oven at a temperature between 850°C and 950°C, then it is transferred to the press, where it is shaped and abruptly cooled (tempered) by refrigerated dies.

[6] Os aços microligados com teor de B entre 0,002 e 0,005% vêm sendo largamente empregados no processo de estampagem a quente, sendo que as indústrias siderúrgicas fornecem esse tipo de aço na condição não revestido e também com revestimentos metálicos.[6] Microalloyed steels with a B content between 0.002 and 0.005% have been widely used in the hot stamping process, and the steel industries supply this type of steel in the uncoated condition and also with metallic coatings.

[7] Diferentes tipos de revestimentos metálicos podem ser utilizados para aumentar a resistência à corrosão das peças estampadas a quente. O revestimento metálico deve ter, como principal característica, a sua integridade preservada em alta temperatura, para garantir a proteção desejada à peça conformada, além de proteger a superfície do blank contra oxidação e descarbonetação superficial.[7] Different types of metallic coatings can be used to increase the corrosion resistance of hot stamped parts. The metallic coating must have, as its main characteristic, its integrity preserved at high temperature, to guarantee the desired protection to the shaped part, in addition to protecting the blank surface against oxidation and superficial decarburization.

[8] Os elementos de liga C, Mn, Cr, Mo e B atrasam a formação da fase ferrita e a decomposição da austenita durante o resfriamento. A conjugação acertada dos teores desses elementos aumenta a temperabilidade do material e favorece a formação de martensita em menores taxas de resfriamento. Além disso, pode ser usado o titânio para retardar o crescimento dos grãos de austenita e, assim, melhorar a resistência mecânica do material. Esse fenômeno ocorre pela formação de partículas ricas em TiN dispersas na matriz de aço.[8] Alloying elements C, Mn, Cr, Mo and B delay the formation of the ferrite phase and the decomposition of austenite during cooling. The correct combination of the contents of these elements increases the hardenability of the material and favors the formation of martensite at lower cooling rates. Furthermore, titanium can be used to retard the growth of austenite grains and thus improve the mechanical strength of the material. This phenomenon occurs by the formation of TiN-rich particles dispersed in the steel matrix.

[9] O novo aço da classe de 2000 MPa de resistência mecânica, revestido com Fe-Zn, com adição de Ti e Mo, pode oferecer uma redução de peso da ordem de 15% a 20% quando comparado à outras classes de aços estampados a quente.[9] The new 2000 MPa mechanical strength grade steel, coated with Fe-Zn, with the addition of Ti and Mo, can offer a weight reduction of 15% to 20% when compared to other stamped steel grades. the hot.

[10] O objetivo final dessa invenção é obter peças estruturais com revestimento Fe-Zn, resistentes à corrosão, com elevada resistência mecânica e ao impacto, atendendo aos desejos da indústria automobilística em reduzir o peso e aumentar a segurança de seus veículos. Para-choque, colunas A e B, reforços e barras de segurança são exemplos de aplicação de peças revestidas fabricadas com aço de elevada resistência mecânica.[10] The ultimate objective of this invention is to obtain structural parts with Fe-Zn coating, resistant to corrosion, with high mechanical and impact resistance, meeting the desires of the automotive industry to reduce weight and increase the safety of their vehicles. Bumpers, A and B columns, reinforcements and safety bars are examples of application of coated parts made of high mechanical resistance steel.

ESTADO DA TÉCNICASTATUS OF THE TECHNIQUE

[11] A patente BRPI0412601 apresenta, de maneira genérica, um método para a produção de uma peça temperada com proteção catódica contra corrosão, onde se aplica um revestimento composto essencialmente de Zn na superfície de chapa de aço temperável. Esse documento não apresenta conflito com a presente invenção, pois reivindica o controle de elementos químicos específicos, presentes no banho, os quais não estão contidos no revestimento da invenção reivindicada.[11] Patent BRPI0412601 presents, in a generic way, a method for the production of a quenched part with cathodic protection against corrosion, where a coating composed essentially of Zn is applied on the surface of a quenchable steel sheet. This document does not conflict with the present invention, as it claims the control of specific chemical elements, present in the bath, which are not contained in the coating of the claimed invention.

[12] A patente BR112017005702 refere-se especificamente a uma peça de reforço aplicada na parte inferior da estrutura automotiva, a qual é fabricada com aço temperável e apresenta resistência mecânica maior ou igual a 1300 MPa. Embora escrita de maneira genérica, essa patente não apresenta conflito com a presente invenção em razão da composição química do aço reivindicado.[12] Patent BR112017005702 specifically refers to a reinforcement piece applied to the lower part of the automotive structure, which is made of hardenable steel and has a mechanical strength greater than or equal to 1300 MPa. Although written in a generic way, this patent does not conflict with the present invention due to the chemical composition of the claimed steel.

[13] A patente BR112018010822 descreve um método para produzir uma peça componente da estrutura automotiva, com características específicas. Da mesma forma que o documento anterior, esse documento não apresenta conflito com a presente invenção em razão da composição química do aço reivindicado.[13] Patent BR112018010822 describes a method to produce a component part of the automotive structure, with specific characteristics. As with the previous document, this document does not conflict with the present invention due to the chemical composition of the claimed steel.

[14] A patente BR112018010835 apresenta um método específico para a produção de uma peça interna para ser aplicada na estrutura automotiva. Da mesma forma que o documento anterior, esse documento não apresenta conflito com a presente invenção em razão da composição química do aço reivindicado.[14] Patent BR112018010835 presents a specific method for the production of an internal part to be applied in the automotive structure. As with the previous document, this document does not conflict with the present invention due to the chemical composition of the claimed steel.

[15] A patente BR112017007999 refere-se ao processo de conformação e têmpera simultâneo de um aço com adição do elemento Ni para a formação de uma fina camada na superfície do aço, a qual apresenta atributos para melhoria da resistência mecânica. Esse documento não apresenta conflito com a presente invenção em razão da composição química do aço reivindicado.[15] Patent BR112017007999 refers to the simultaneous shaping and tempering process of a steel with the addition of the element Ni to form a thin layer on the surface of the steel, which has attributes for improving mechanical strength. This document does not conflict with the present invention due to the chemical composition of the claimed steel.

[16] A patente BR112012003763 refere-se a um componente estampado a quente, que pode alcançar limite de resistência a tração entre 980 e 2130 MPa. O seu processo produtivo e a sua composição química, no entanto, não apresentam conflitos com a presente invenção.[16] Patent BR112012003763 refers to a hot stamped component, which can reach a tensile strength limit between 980 and 2130 MPa. Its production process and chemical composition, however, do not conflict with the present invention.

[17] A patente BR112015005090 trata-se de uma chapa laminada a frio, recozida e pré-revestida para a fabricação de peças estampadas a quente com teor de carbono genericamente descrito. Trata-se de um processo produtivo e de um aço diferentes. Portanto, não há conflitos entre essa patente e a presente invenção.[17] Patent BR112015005090 is a cold-rolled sheet, annealed and pre-coated for the manufacture of hot stamped parts with a carbon content generically described. It is a different production process and steel. Therefore, there are no conflicts between this patent and the present invention.

[18] A patente BRPI0412599 descreve um método para a produção de peças estruturais endurecidas, feitas em chapas de aço com revestimento de Zn, o qual fornece proteção catódica contra corrosão. Assim como na patente anterior, essa patente não entra em conflito com o presente invento, pois se trata do processo de fabricação de um aço com composição química distinta. Além disso, reivindicou-se o controle dimensional da peça na ferramenta considerando dilatação de 0,5 a 2,0%, o que não é objeto de reivindicação do presente invento.[18] Patent BRPI0412599 describes a method for the production of hardened structural parts, made of Zn-coated steel sheets, which provides cathodic protection against corrosion. As in the previous patent, this patent does not conflict with the present invention, as it deals with the process of manufacturing a steel with a different chemical composition. In addition, the dimensional control of the part in the tool was claimed, considering an expansion of 0.5 to 2.0%, which is not the object of the claim of the present invention.

[19] Os seguintes requisitos são necessários para alcançar os efeitos técnicos da presente invenção:

  • - ter uma composição química da tira capaz de assegurar obtenção das propriedades mecânicas da peça após o processo CTS, mantendo a integridade do substrato de aço;
  • - assegurar o menor teor de hidrogênio atômico possível no interior da tira para evitar o surgimento de trinca, pela sua interação desse elemento com fases mais duras e/ou menos tenazes que pode ocorrer na peça e às vezes na tira, acarretando surgimento de trinca a frio;
  • - controlar o processo de lingotamento da placa que será laminada em tira para que seja possível minimizar a incidência de descontinuidades internas no interior da mesma, evitando assim o surgimento de trinca por hidrogênio pela sua interação com estas descontinuidades ou impurezas;
  • - ter um revestimento, antes do CTS, constituído basicamente por compostos intermetálicos Fe-Zn e, após o CTS, composto, basicamente, por duas camadas: uma de óxidos, na superfície e outra, junto à interface com o substrato de aço e em maior proporção, formada por uma camada de solução sólida Fe(α)-Zn. A conjunção dessas três camadas e em proporções específicas é capaz de conferir uma resistência à corrosão suficiente para atender o mercado automobilístico neste seguimento de peça;
  • - ter um revestimento, tanto antes quanto após o CTS (no produto final), que recubra totalmente a superfície da tira laminada e da peça estampada;
  • - assegurar que a temperatura alcançada no processo de galvannealing (forno de indução) e a estratégia praticada na etapa subsequente à passagem da tira pelo forno de indução (seja de resfriamento ou de encharque) para obtenção da liga Fe-Zn no revestimento, permitam a obtenção das fases intermetálicas, zeta (ζ, FeZn13), delta (δ, FeZn7), gama (Γ, Fe3Zn10) e gama 1 (Γ1, FeZn4) em proporções adequadas à obtenção da peça de boa qualidade após CTS;
  • - controlar a porcentagem de Fe na camada de revestimento para se garantir uma proporção adequada de fases intermetálicas no revestimento, bem como a espessura dessa camada para permitir a obtenção de peças após a CTS isentas de trincas no substrato, boa soldagem, camadas FeZn homogêneas e compactas, com resistência elevada a corrosão atmosférica, além de boa pintabilidade;
  • - impedir o surgimento da fase martensítica na estrutura metalúrgica da placa, a ser laminada em tira a quente e a frio para, com isso, evitar o surgimento de trinca a frio por hidrogênio, bem como facilitar a trabalhabilidade destes produtos intermediários nas linhas de laminação a quente, a frio e na galvanização por imersão a quente;
  • - garantir que os compostos intermetálicos Fe-Zn se formem e cresçam sem o surgimento de outburst, através de um restrito controle do processo de galvannealing. Sem os outburst o revestimento Fe-Zn se forma mais regular e uniforme, minimizando a difusão de Zn para o substrato e eliminando a formação de trincas no aço durante o processo de conformação a quente;
  • - garantir a formação de uma espessa camada de fase gama (Γ, Fe3Zn10) junto à interface com o substrato, através um restrito controle do processo de galvannealing, para minimizar a difusão de Zn para o substrato durante o processo de tratamento térmico para conformação a quente, eliminando a formação de trincas na peça conformada;
  • - garantir a formação de uma espessa camada de fase gama (Γ, Fe3Zn10) junto à interface com o substrato, através um restrito controle do processo de galvannealing, de maneira a permitir a formação rápida e em grande proporção de solução sólida Fe(α)-Zn durante o CTS, mantendo a integridade do revestimento e eliminando a formação de trincas no aço após o processo de conformação a quente;
  • - controlar as atmosferas dos fornos de recozimento e do snout da linha de galvanização contínua, através do ajuste da concentração de H2 e da umidade destas atmosferas, objetivando a oxidação seletiva de elementos presentes no aço, como o Mn, sem perda de molhabilidade do substrato pelo Zn. A presença dessa camada de óxidos no substrato, antes de sua imersão no pote de Zn, acelera a difusão desses elementos para o revestimento, contribuindo para a formação mais rápida, consistente e uniforme da camada de óxidos protetores na superfície do revestimento durante o tratamento térmico para conformação a quente;
  • - controlar a atmosfera dos fornos de recozimento e do snout da linha de galvanização contínua, através de controles da proporção de H2 e da umidade das atmosferas, objetivando a oxidação seletiva de elementos presentes no aço, como o Mn. Essa superfície da tira pré-oxidada do aço contribui para controlar a difusão do Zn para o substrato (formação do revestimento Fe-Zn), tornando o revestimento mais homogêneo e o substrato menos susceptível à formação de trincas;
  • - promover a formação de um filme fino de óxidos na superfície do revestimento durante a sua passagem pela navalha de gás posicionada acima do pote de zinco;
  • - controlar a taxa de aquecimento, a temperatura e o tempo de encharque e a taxa de resfriamento da tira nos fornos de recozimento da linha de galvanização contínua, de maneira a garantir uma microestrutura ferrita/perlita com menor área de contorno de grão ferrítico da tira, sem comprometer propriedades mecânicas do produto. Essa menor área de contorno de grãos do substrato minimiza a difusão do Zn, a formação de outburst e, consequentemente, contribui para eliminar a formação de trincas no substrato.
[19] The following requirements are necessary to achieve the technical effects of the present invention:
  • - have a chemical composition of the strip capable of ensuring obtaining the mechanical properties of the part after the CTS process, maintaining the integrity of the steel substrate;
  • - ensure the lowest possible atomic hydrogen content inside the strip to avoid the appearance of crack, due to its interaction of this element with harder and/or less tenacious phases that can occur in the part and sometimes in the strip, causing the appearance of cracks cold;
  • - controlling the casting process of the slab that will be rolled into strip so that it is possible to minimize the incidence of internal discontinuities inside it, thus avoiding the appearance of hydrogen cracking due to its interaction with these discontinuities or impurities;
  • - have a coating, before the CTS, consisting basically of Fe-Zn intermetallic compounds and, after the CTS, basically composed of two layers: one of oxides, on the surface and another, next to the interface with the steel substrate and in higher proportion, formed by a layer of solid Fe(α)-Zn solution. The combination of these three layers and in specific proportions is capable of providing sufficient corrosion resistance to meet the needs of the automotive market in this segment of the part;
  • - have a coating, both before and after the CTS (in the final product), that completely covers the surface of the laminated strip and the stamped part;
  • - ensure that the temperature reached in the galvannealing process (induction furnace) and the strategy practiced in the step subsequent to the passage of the strip through the induction furnace (either cooling or soaking) to obtain the Fe-Zn alloy in the coating, allow for the obtaining the intermetallic phases, zeta (ζ, FeZn13), delta (δ, FeZn7), gamma (Γ, Fe3Zn10) and gamma 1 (Γ1, FeZn4) in adequate proportions to obtain a good quality part after CTS;
  • - control the percentage of Fe in the coating layer to ensure an adequate proportion of intermetallic phases in the coating, as well as the thickness of this layer to allow obtaining parts after CTS free from cracks in the substrate, good welding, homogeneous FeZn layers and compact, with high resistance to atmospheric corrosion, in addition to good paintability;
  • - prevent the appearance of the martensitic phase in the metallurgical structure of the slab, to be hot and cold rolled into strip, thus preventing the appearance of cold cracking by hydrogen, as well as facilitating the workability of these intermediate products in the rolling lines hot, cold and hot dip galvanizing;
  • - ensure that Fe-Zn intermetallic compounds form and grow without outburst, through strict control of the galvannealing process. Without the outbursts, the Fe-Zn coating forms more regularly and uniformly, minimizing the diffusion of Zn to the substrate and eliminating the formation of cracks in the steel during the hot forming process;
  • - ensure the formation of a thick layer of gamma phase (Γ, Fe3Zn10) at the interface with the substrate, through a strict control of the galvannealing process, to minimize the diffusion of Zn to the substrate during the heat treatment process for forming the hot, eliminating the formation of cracks in the shaped part;
  • - guarantee the formation of a thick layer of gamma phase (Γ, Fe3Zn10) at the interface with the substrate, through a strict control of the galvannealing process, in order to allow the rapid formation and in large proportion of solid solution Fe(α) -Zn during CTS, maintaining the integrity of the coating and eliminating the formation of cracks in the steel after the hot forming process;
  • - control the atmospheres of the annealing furnaces and the snout of the continuous galvanizing line, by adjusting the concentration of H2 and the humidity of these atmospheres, aiming at the selective oxidation of elements present in the steel, such as Mn, without loss of wettability of the substrate by Zn. The presence of this oxide layer on the substrate, before its immersion in the Zn pot, accelerates the diffusion of these elements to the coating, contributing to a faster, more consistent and uniform formation of the protective oxide layer on the surface of the coating during the heat treatment. for hot forming;
  • - control the atmosphere of the annealing furnaces and the snout of the continuous galvanizing line, through controls of the proportion of H2 and the humidity of the atmospheres, aiming at the selective oxidation of elements present in the steel, such as Mn. This surface of the pre-oxidized steel strip helps to control the diffusion of Zn to the substrate (formation of the Fe-Zn coating), making the coating more homogeneous and the substrate less susceptible to crack formation;
  • - promote the formation of a thin film of oxides on the surface of the coating during its passage through the gas knife positioned above the zinc pot;
  • - control heating rate, soaking temperature and time and cooling rate of the strip in the annealing furnaces of the continuous galvanizing line, in order to guarantee a ferrite/perlite microstructure with a smaller ferritic grain boundary area of the strip , without compromising the product's mechanical properties. This smaller grain boundary area of the substrate minimizes Zn diffusion, outburst formation and, consequently, helps to eliminate the formation of cracks in the substrate.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[20] A presente invenção propõe uma tira de aço laminada a frio revestida com Fe-Zn pelo processo de galvanização por imersão a quente para fabricação de peça de alta resistência a tração e à corrosão atmosférica através do processo de conformação e têmpera simultâneo (CTS).[20] The present invention proposes a cold-rolled steel strip coated with Fe-Zn by the hot-dip galvanization process for the manufacture of a part with high tensile and atmospheric corrosion resistance through the simultaneous forming and quenching process (CTS). ).

[21] A tira fabricada apresenta uma excelente qualidade superficial (isenta de defeitos, 100% de área de cobertura, homogênea, contínua e plana) tanto no revestimento Fe-Zn quanto após o tratamento térmico simulado de austenitização e têmpera para o processo CTS, sendo isento de trincas e com propriedades mecânicas em tração compatíveis com a aplicação de peças de elevada resistência mecânica. Sua composição é capaz de conferir uma resistência a corrosão suficiente para atender o mercado automobilístico neste seguimento de peça.[21] The manufactured strip has an excellent surface quality (defect-free, 100% coverage area, homogeneous, continuous and flat) both in the Fe-Zn coating and after the simulated austenitization and quenching heat treatment for the CTS process, being free of cracks and with mechanical properties in traction compatible with the application of parts of high mechanical resistance. Its composition is capable of providing sufficient corrosion resistance to meet the needs of the automotive market in this part segment.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[22] A Figura 1 apresenta graficamente os processos contínuos de tratamento térmico e revestimento com Zn, onde (A) é a etapa de aquecimento, (B) encharque (735 a 800°C), (C) estratégia de resfriamento do recozimento da tira; (D) pote de zinco (460°C), (E) galvannealing, (F) estratégia de resfriamento do recozimento da tira revestida; (a) 530 a 600°C e (b) 560 a 640°C.[22] Figure 1 graphically presents the continuous processes of heat treatment and coating with Zn, where (A) is the heating step, (B) soaking (735 to 800°C), (C) cooling strategy of the annealing of the strip; (D) zinc pot (460°C), (E) galvannealing, (F) coated strip annealing cooling strategy; (a) 530 to 600°C and (b) 560 to 640°C.

[23] A Figura 2 apresenta um exemplo da microestrutura do revestimento galvannealed processado com recozimento intercrítico a 760°C, imersão de 4s em banho de Zn a 460°C e temperatura no forno de indução de 585°C; onde (1) óxidos superficiais; (2) fase zeta (ζ); (3) fase delta (δ); (4) fases gama (Γ e Γ1); (5) óxidos internos; (6) substrato de aço;[23] Figure 2 shows an example of the microstructure of the galvannealed coating processed with intercritical annealing at 760°C, 4s immersion in a Zn bath at 460°C and induction furnace temperature of 585°C; where (1) surface oxides; (2) zeta phase (ζ); (3) delta phase (δ); (4) gamma phases (Γ and Γ1); (5) internal oxides; (6) steel substrate;

[24] A Figura 3 apresenta aspectos da microestrutura da tira revestida antes da simulação do processo CTS (aumento original: 500X);[24] Figure 3 presents aspects of the microstructure of the coated strip before the simulation of the CTS process (original magnification: 500X);

[25] A Figura 4 apresenta um aspecto microestrutural do revestimento de Zn após o processo de galvanização por imersão a quente, (1) óxidos superficiais e (2) solução sólida Fe(α)-Zn (aumento original: 1000X);[25] Figure 4 shows a microstructural aspect of the Zn coating after the hot dip galvanizing process, (1) surface oxides and (2) Fe(α)-Zn solid solution (original magnification: 1000X);

[26] A Figura 5 apresenta um aspecto microestrutural da peça revestida após simulação para CTS (aumento original: 500X), considerando o tratamento térmico com temperatura de austenitização de 930°C, durante 5,0 minutos.[26] Figure 5 shows a microstructural aspect of the coated part after simulation for CTS (original magnification: 500X), considering the heat treatment with an austenitization temperature of 930°C, for 5.0 minutes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[27] A presente invenção descreve uma tira de aço laminada a frio, revestida com revestimento Fe-Zn para aplicação em peça conformada a quente, com alta resistência mecânica, bem como o processo de fabricação da mesma.[27] The present invention describes a cold-rolled steel strip, coated with Fe-Zn coating for application in a hot-formed part, with high mechanical strength, as well as its manufacturing process.

[28] A tira de aço laminada a frio possui espessura de 0,4 a 3,0 mm e compreende:

  • - substrato de aço constituído por uma microestrutura predominantemente ferrita/perlita/carbonetos (3), com tamanho de grão ferrítico entre 9 e 13 µm, preferencialmente 11 µm, após processo de recozimento da linha de galvanização contínua;
  • - uma camada de óxidos (4) formados pelos elementos Mn, Al e P na superfície da tira antes da sua imersão no pote de zinco;
  • - uma microestrutura do revestimento galvannealed compreendendo a fase zeta (ζ, FeZn13), em proporção entre 5 e 15%, fase delta (δ, FeZn7), em proporção entre 55 e 85%, fases gama (Γ, Fe3Zn10) e gama 1 (Γ1, FeZn4), em proporções entre 10 e 40%.
  • - uma camada de Zn de 40 a 180 g/m 2 por face com recobrimento total do substrato; 10 a 18% de Fe na liga FeZn.
  • - uma camada externa do revestimento constituída por compostos intermetálicos Fe-Zn e óxidos formados pelos elementos Zn e Al.
[28] The cold rolled steel strip has a thickness of 0.4 to 3.0 mm and comprises:
  • - steel substrate consisting of a microstructure predominantly ferrite/perlite/carbides (3), with a ferritic grain size between 9 and 13 µm, preferably 11 µm, after annealing process of the continuous galvanizing line;
  • - a layer of oxides (4) formed by the elements Mn, Al and P on the surface of the strip before its immersion in the zinc pot;
  • - a microstructure of the galvannealed coating comprising zeta phase (ζ, FeZn13), in proportion between 5 and 15%, delta phase (δ, FeZn7), in proportion between 55 and 85%, gamma phases (Γ, Fe3Zn10) and gamma 1 (Γ1, FeZn4), in proportions between 10 and 40%.
  • - a layer of Zn from 40 to 180 g/m 2 per face with full coverage of the substrate; 10 to 18% Fe in FeZn alloy.
  • - an outer layer of the coating consisting of Fe-Zn intermetallic compounds and oxides formed by the elements Zn and Al.

[29] A presente tira de aço, com baixo teor de hidrogênio, resistência mecânica controlada, revestida com Fe-Zn e com espessura de camada e fases intermetálicas controladas, foi desenvolvida para produção de peças com resistência mecânica acima de 1850 MPa, pelo processo de CTS.[29] The present steel strip, with low hydrogen content, controlled mechanical strength, coated with Fe-Zn and with layer thickness and controlled intermetallic phases, was developed for the production of parts with mechanical strength above 1850 MPa, by the process of CTS.

[30] Estas peças devem apresentar boa pintabilidade, estabilidade do seu perfil geométrico, resistência a corrosão atmosférica, conferidas pelas camadas de compostos intermetálicos Fe-Zn e de solução sólida Fe(α)-Zn, aliadas aos óxidos formados em alta temperatura, que servem como barreira à evaporação do Zn metálico durante a etapa de obtenção da peça.[30] These pieces must present good paintability, stability of their geometric profile, resistance to atmospheric corrosion, conferred by the layers of Fe-Zn intermetallic compounds and Fe(α)-Zn solid solution, combined with the oxides formed at high temperature, which they serve as a barrier to the evaporation of metallic Zn during the process of obtaining the part.

Processo de produção da tira laminada a frio revestida com Fe-ZnProduction process of Fe-Zn coated cold rolled strip

[31] A composição química da tira e o controle das suas impurezas endógenas e/ou exógenas e gases são obtidos nos processos de refinos primário e secundário do aço. O primeiro cuida da redução do teor de enxofre e do ajuste de carbono, e o segundo da redução dos gases, hidrogênio e nitrogênio, controle da morfologia das inclusões de sulfetos e ajuste da composição química final do aço, inclusive, os microligantes.[31] The chemical composition of the strip and the control of its endogenous and/or exogenous impurities and gases are obtained in the primary and secondary steel refining processes. The first deals with the reduction of the sulfur content and the adjustment of carbon, and the second with the reduction of gases, hydrogen and nitrogen, control of the morphology of the sulfide inclusions and adjustment of the final chemical composition of the steel, including the microalloys.

[32] O processo de desgaseificação a vácuo no refino secundário promove a redução do hidrogênio entre 0 e 2 ppm no aço líquido e, consequentemente, entre 0 e 1 ppm na tira pelo favorecimento de difusão do hidrogênio durante o processo de enfornamento a quente da placa, o que assegura menor risco de trinca a frio na tira, e também a redução do nitrogênio e consequentemente da relação Ti/N para mínimo de 4/1 e Al/N para mínimo de 6/1, o que garante maior efetividade do boro no processo de têmpera da peça.[32] The process of vacuum degassing in secondary refining promotes the reduction of hydrogen between 0 and 2 ppm in the liquid steel and, consequently, between 0 and 1 ppm in the strip by favoring the diffusion of hydrogen during the hot furnace process of the steel. plate, which ensures less risk of cold cracking in the strip, and also the reduction of nitrogen and consequently of the Ti/N ratio to a minimum of 4/1 and Al/N to a minimum of 6/1, which guarantees greater effectiveness of the boron in the tempering process of the part.

[33] No processo forno panela, no refino secundário, é adicionado o cálcio para tratamento de controle da morfologia das inclusões e, assim, promover o aumento da tenacidade e consequente redução de ocorrência de trinca a frio na peça após CTS pela ação do hidrogênio, ou quando a peça estiver em uso e trabalhando em regime de fadiga. Segundo Norma da ASTM E45- I/II, severidade máxima 1,5 para todas as ocorrências de inclusões série fina e/ou grosseira (A- Sulfeto, B- Alumina, C- Silicato, D- óxido globular).[33] In the ladle furnace process, in the secondary refining, calcium is added to control the morphology of the inclusions and, thus, promote an increase in toughness and consequent reduction in the occurrence of cold cracking in the part after CTS by the action of hydrogen. , or when the part is in use and working under fatigue. According to ASTM Standard E45-I/II, maximum severity 1.5 for all occurrences of fine and/or coarse series inclusions (A-Sulphide, B-Alumina, C-Silicate, D-globular oxide).

[34] Concluída a fase de refino, o aço líquido, com composição química (% em massa) definida:
0,20% ≤ C ≤ 0,40%
1,00% ≤ Mn ≤ 1,50%
0,001% ≤ Si ≤ 0,600%
0,001% ≤ P 0,025%
0,001% ≤ S ≤ 0,015%
0,010% ≤ Al ≤ 0,080%
0,001% ≤ Cu ≤ 0,100%
0,05% ≤ Cr ≤ 0,4%
0,001% ≤ N ≤ 0,010%
0,005% ≤ Ti ≤ 0,060%
0,001% ≤ Nb ≤ 0,060%
0,001% ≤ Ni ≤ 0,060%
0,005% ≤ Mo ≤ 0,300%
0,005% ≤ V ≤ 0,050%
0,002% ≤ B ≤ 0,005%
0,0010% ≤ Ca ≤ 0,0050%, H máximo 2 ppm, relação Ti/N ≥ 4 e relação Al/N ≥ 6, é enviado para o processo de lingotamento do tipo contínuo vertical curvo.[34] Once the refining phase is completed, the liquid steel, with defined chemical composition (% by mass):
0.20% ≤ C ≤ 0.40%
1.00% ≤ Mn ≤ 1.50%
0.001% ≤ Si ≤ 0.600%
0.001% ≤ P 0.025%
0.001% ≤ S ≤ 0.015%
0.010% ≤ Al ≤ 0.080%
0.001% ≤ Cu ≤ 0.100%
0.05% ≤ Cr ≤ 0.4%
0.001% ≤ N ≤ 0.010%
0.005% ≤ Ti ≤ 0.060%
0.001% ≤ Nb ≤ 0.060%
0.001% ≤ Ni ≤ 0.060%
0.005% ≤ Mo ≤ 0.300%
0.005% ≤ V ≤ 0.050%
0.002% ≤ B ≤ 0.005%
0.0010% ≤ Ca ≤ 0.0050%, maximum H 2 ppm, Ti/N ratio ≥ 4 and Al/N ratio ≥ 6, is sent to the curved vertical continuous type casting process.

[35] O sistema de lingotamento é do tipo contínuo em máquina do tipo vertical curva com velocidade de processamento de 0,8 a 1,0 m/min, que permite obter placa com baixa incidência de segregações e inclusões e consequente redução do risco de trinca a frio na peça pela ação do hidrogênio nestas incidências. A placa gerada tem a espessura nominal de 200 a 252 mm e largura 910 a 1.870 mm.[35] The casting system is of the continuous type in a curved vertical machine with a processing speed of 0.8 to 1.0 m/min, which makes it possible to obtain slabs with a low incidence of segregations and inclusions and consequent reduction of the risk of cold cracks in the part by the action of hydrogen in these incidences. The generated plate has a nominal thickness from 200 to 252 mm and width from 910 to 1,870 mm.

[36] Por apresentar alta temperabilidade, com um carbono equivalente, Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + (Cr + Mo + V + Nb + Ti)/5 + (Ni + Cu)/ 15 + 5B, esperado de 0,65, a placa apresenta risco elevado de trinca a frio e consequente recusa da placa. Para evitar esta ocorrência, a placa é enfornada a quente, o que requer um tempo de tráfego entre lingotamento e sua colocação no forno de reaquecimento de máximo 200h, que só é possível de ser obtido com uma placa isenta de descontinuidades, pois a mesma não poderá ter nenhum tipo de retrabalho.[36] Due to its high hardenability, with an equivalent carbon, Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + (Cr + Mo + V + Nb + Ti)/5 + (Ni + Cu)/ 15 + 5B, expected of 0.65, the plate presents a high risk of cold cracking and consequent plate refusal. To avoid this occurrence, the slab is hot-baked, which requires a transit time between casting and its placement in the reheating furnace of a maximum of 200h, which can only be obtained with a slab without discontinuities, as it does not may have any type of rework.

[37] O Ti contribui para a formação de nitreto de Ti (TiN). Entretanto, se a adição desse elemento for em excesso (Ti>3,42*N), partículas maiores de TiN podem ser formadas e, consequentemente, a resistência mecânica do material pode ser deteriorada.[37] Ti contributes to the formation of Ti nitride (TiN). However, if the addition of this element is in excess (Ti>3.42*N), larger particles of TiN can be formed and, consequently, the mechanical strength of the material can be deteriorated.

[38] A atuação do Mo no mecanismo de temperabilidade dos aços é bastante diferente em relação ao B. Enquanto o B segrega nos contornos de grão da austenita, impedindo a nucleação da ferrita, o Mo reduz a atividade do C, diminuindo o seu processo de difusão na austenita. Isso significa dizer que o Mo atrasa, expressivamente, a formação dos constituintes ferrita e perlita. Além disso, o Mo retarda a transformação da bainita, favorecendo a transformação da martensita.[38] The role of Mo in the hardening mechanism of steels is quite different in relation to B. While B segregates in the grain boundaries of austenite, preventing the nucleation of ferrite, Mo reduces the activity of C, decreasing its process. of diffusion in austenite. This means that Mo significantly delays the formation of ferrite and pearlite constituents. Furthermore, Mo delays the transformation of bainite, favoring the transformation of martensite.

[39] A associação do Mo ao B permite otimizar a composição química da liga de aço, reduzindo a quantidade de B. A interação entre esses dois elementos evita a formação de precipitados do tipo Fe23(CB)6 nos contornos de grão da austenita, de maneira que mais soluto de B fica disponível.[39] The association of Mo to B allows optimizing the chemical composition of the steel alloy, reducing the amount of B. The interaction between these two elements prevents the formation of Fe23(CB)6 type precipitates at the austenite grain boundaries, so that more solute of B is available.

[40] A conjugação sinérgica acertada dos elementos C, Mn, Si, Ti, Mo e B, associada com as condições de processamento durante a obtenção da tira de aço e da peça pelo processo CTS, permite a concepção de um novo aço da classe de 2000 MPa de resistência mecânica, o qual pode oferecer peças com redução de peso da ordem de 15% a 20%, quando comparado a outras classes de aços estampados a quente.[40] The correct synergistic combination of the elements C, Mn, Si, Ti, Mo and B, associated with the processing conditions during the obtaining of the steel strip and the part by the CTS process, allows the design of a new steel of the class of 2000 MPa of mechanical resistance, which can offer parts with weight reduction in the order of 15% to 20%, when compared to other classes of hot stamped steels.

[41] A soma dos teores dos elementos Ti+Cr+Mo é entre 0,320% e 0,635%, caso seja inferior, a resistência mecânica da peça conformada e temperada simultânea não alcançará o mínimo de 1850 MPa. Por outro lado, caso seja superior, surgirão problemas relacionados à fragilização microestrutural na peça final.[41] The sum of the contents of Ti+Cr+Mo elements is between 0.320% and 0.635%, if lower, the mechanical strength of the shaped and tempered part simultaneously will not reach the minimum of 1850 MPa. On the other hand, if it is higher, problems will arise related to microstructural embrittlement in the final part.

[42] A placa pronta e ainda aquecida (> 150°C) segue para o forno de aquecimento a uma temperatura de 1220°C (+/- 20°C). Este enfornamento da placa ainda aquecida e com tempo de tráfego máximo de 200h acelera a difusão do hidrogênio atômico do interior da placa para o meio e ainda evita o surgimento na placa fria de trincas internas que comprometem o desempenho da peça pronta após CTS. Temperaturas abaixo de 150°C são muito pouco efetivas para desidrogenação (difusão do hidrogênio).[42] The finished plate and still heated (> 150°C) goes to the heating oven at a temperature of 1220°C (+/- 20°C). This heating of the plate while still heated and with a maximum transit time of 200h accelerates the diffusion of atomic hydrogen from the interior of the plate to the medium and also prevents the appearance of internal cracks on the cold plate that compromise the performance of the finished part after CTS. Temperatures below 150°C are very ineffective for dehydrogenation (diffusion of hydrogen).

[43] A placa aquecida é laminada em tiras a quente, com a temperatura de acabamento na laminação de 830°C (+/- 20°C) e com a temperatura de entrada no processo de bobinamento de 630°C (+/- 20°C). Estas condições inibem o surgimento da fase martensítica e favorecem a difusão do hidrogênio atômico, que porventura ainda possa estar alojado no interior da mesma, para fora da tira, o que reduz o risco de surgimento de trinca a frio por hidrogênio na peça.[43] The heated plate is hot rolled into strips, with the finishing temperature in the rolling of 830°C (+/- 20°C) and with the inlet temperature in the winding process of 630°C (+/- 20°C). These conditions inhibit the emergence of the martensitic phase and favor the diffusion of atomic hydrogen, which may still be lodged inside the strip, to the outside of the strip, which reduces the risk of cold cracking caused by hydrogen in the part.

[44] A velocidade de resfriamento entre o acabamento e o bobinamento deve ser entre 30 a 120ºC/min para promover, de maneira efetiva, a transformação das fases ferrita e perlita com o resfriamento contínuo da tira de aço.[44] The cooling rate between finishing and winding must be between 30 to 120ºC/min to effectively promote the transformation of the ferrite and pearlite phases with the continuous cooling of the steel strip.

[45] O limite de resistência da tira laminada a quente é de 400 a 750 MPa, demonstrando a baixa presença da fase martensítica na estrutura da tira e assegurando a redução do risco de trinca a frio por hidrogênio na peça.[45] The strength limit of hot rolled strip is 400 to 750 MPa, demonstrating the low presence of the martensitic phase in the strip structure and ensuring the reduction of the risk of hydrogen cold cracking in the part.

[46] O processo mecânico-metalúrgico de redução da área da tira após a etapa de laminação a quente é feito por meio de sua passagem entre cilindros. Esse processo, denominado laminação a frio, ocorre para a tira de aço utilizada no processo CTS, abaixo da temperatura de recristalização do material.[46] The mechanical-metallurgical process of reducing the strip area after the hot rolling step is done by passing it between rolls. This process, called cold rolling, occurs for the steel strip used in the CTS process, below the material's recrystallization temperature.

[47] Antes da laminação, a tira deve ser submetida a uma etapa de decapagem química, que pode ser feita em linha exclusiva para esta operação ou acoplada ao laminador a frio (PL-TCM – Pickling and Tandem Cold Strip Mill).[47] Before lamination, the strip must be subjected to a chemical pickling step, which can be done in an exclusive line for this operation or coupled to the cold rolling mill (PL-TCM – Pickling and Tandem Cold Strip Mill).

[48] O processo de decapagem acoplado à linha de laminação a frio contínua é mais vantajoso em relação ao processo em etapas em razão da maior produtividade e menor perda de matéria prima.[48] The pickling process coupled to the continuous cold rolling line is more advantageous compared to the process in stages due to higher productivity and lower loss of raw material.

[49] No caso de tiras revestidas com ligas Fe-Zn pelo processo de galvanização por imersão a quente, a tira na condição de laminada a frio é processada na linha contínua de revestimento onde é submetida a uma etapa de limpeza eletrolítica e recozida para melhorar sua trabalhabilidade e a difusão do hidrogênio para fora da tira, depois revestida com Zn por imersão a quente e em seguida vai para o processo de galvannealing para formação da liga Fe-Zn e por fim, encruada e oleada.[49] In the case of strip coated with Fe-Zn alloys by the hot dip galvanizing process, the strip in the cold rolled condition is processed in the continuous coating line where it is subjected to an electrolytic cleaning step and annealed to improve its workability and the diffusion of hydrogen out of the strip, then coated with Zn by hot immersion and then it goes to the galvannealing process to form the Fe-Zn alloy and finally, work hardened and oiled.

[50] Para eficiência do processo contínuo de recozimento e revestimento, o extremo da tira bobinada é soldado no extremo de outra tira da mesma sequência, com solda do tipo “sobreposição com costura”, com calor adicionado de 800°C a 1200°C e velocidade de solda de 0,25 m/s, sem consumível.[50] For the efficiency of the continuous annealing and coating process, the end of the wound strip is welded to the end of another strip of the same sequence, with “overlap with seam” type welding, with added heat from 800°C to 1200°C. and welding speed of 0.25 m/s, without consumables.

[51] A limpeza da tira do tipo eletrolítica permite maior eficiência no revestimento e na formação da liga FeZn. Neste processo a superfície da tira é preparada com solução alcalina e escovamento abrasivo.[51] Electrolytic strip cleaning allows for greater efficiency in coating and FeZn alloy formation. In this process the surface of the strip is prepared with alkaline solution and abrasive brushing.

[52] O processo de recozimento da linha de galvanização contínua é controlado para se obter uma microestrutura ferrita/perlita/carbonetos (3) no aço (sem a formação da fase martensítica), com tamanho de grão ferrítico de aproximadamente 11 µm ± 2 µm. Esse controle se dá pela obtenção associada de uma taxa média de aquecimento entre 8°C/s e 12°C/s, encharque com temperaturas entre 735°C e 800°C e tempo entre, 80 s e 120 s, e taxa média de resfriamento da tira até o pote de zinco entre 8°C/s e 20°C/s.[52] The annealing process of the continuous galvanizing line is controlled to obtain a ferrite/pearlite/carbides microstructure (3) in the steel (without the formation of the martensitic phase), with a ferritic grain size of approximately 11 µm ± 2 µm . This control is achieved by obtaining an average heating rate between 8°C/s and 12°C/s, soaking with temperatures between 735°C and 800°C and time between 80 s and 120 s, and an average cooling rate from the strip to the zinc pot between 8°C/s and 20°C/s.

[53] Após o tratamento de recozimento intercrítico contínuo a tira de aço é submersa em um pote contendo Zn fundido na temperatura de 460ºC (+/-10ºC) para receber uma camada de revestimento de 40 a 180g/m2 por face, conforme observado na Figura 2.[53] After the continuous intercritical annealing treatment, the steel strip is submerged in a pot containing molten Zn at a temperature of 460ºC (+/-10ºC) to receive a coating layer of 40 to 180g/m2 per face, as observed in Figure 2.

[54] A camada de revestimento é controlada por sopro de nitrogênio e ou ar, direto sobre a superfície da tira, que funciona como navalha de corte. Quando o corte é feito com o enriquecimento de ar, produz-se uma camada de óxidos na superfície do revestimento, que contribuirá para evitar perda de massa do revestimento durante o tratamento térmico de austenitização, no processo de CTS. Em seguida, a tira revestida recebe um tratamento de galvannealing a temperaturas entre 530 a 640°C, superiores aos demais produtos revestidos, para acelerar o processo da formação da liga FeZn, aumentando a concentração de Fe na camada de revestimento.[54] The coating layer is controlled by blowing nitrogen and/or air directly onto the surface of the strip, which functions as a cutting knife. When the cut is made with air enrichment, a layer of oxides is produced on the surface of the coating, which will help to avoid loss of mass of the coating during the austenitization heat treatment, in the CTS process. Then, the coated strip receives a galvannealing treatment at temperatures between 530 and 640°C, higher than other coated products, to accelerate the process of FeZn alloy formation, increasing the concentration of Fe in the coating layer.

[55] A temperatura no forno de indução e suas subsequentes estratégias e taxas de resfriamento foram definidas tendo como objetivo obter a quantidade de Fe presente na liga Fe-Zn na faixa de 10 a 18 % (% massa) alterando, assim, a proporção das fases intermetálicas gama (Γ), delta (δ) e zeta (ζ ) nesta. A temperatura praticada na produção dos aços galvannealed tradicional está na faixa de 530 a 580°C e a quantidade de Fe nestes está próximo de 10%.[55] The temperature in the induction furnace and its subsequent strategies and cooling rates were defined with the objective of obtaining the amount of Fe present in the Fe-Zn alloy in the range of 10 to 18 % (% mass), thus changing the proportion of the gamma (Γ), delta (δ) and zeta (ζ ) intermetallic phases. The temperature used in the production of traditional galvannealed steels is in the range of 530 to 580°C and the amount of Fe in these is close to 10%.

[56] As atmosferas dos fornos de tratamento térmico de recozimento intercrítico contínuo e do snout são ajustadas variando-se a concentração de H2 (1 a 10%) e o ponto de orvalho (0 a -50°C), para controlar a oxidação seletiva dos elementos Mn, Al e P na superfície da tira não revestida. A formação de uma camada superficial de óxidos desses elementos sobre a tira (antes de entrar no pote de zinco), sem que haja comprometimento da molhabilidade do Zn, favorece o controle da interdifusão de Fe e de Zn no processo de galvannealing, contribuindo para controlar a formação de outburst, tornando o revestimento mais homogêneo, ou seja, uma superfície mais plana, lisa e sem alterações acentuadas na sua topografia e o substrato menos susceptível à formação de trincas. Além disso, acelera a difusão dos elementos oxidados para o revestimento, contribuindo para a formação mais rápida, consistente e uniforme da camada de óxidos protetores na superfície do revestimento durante o tratamento térmico para conformação a quente.[56] The atmospheres of continuous intercritical annealing and snout heat treatment furnaces are adjusted by varying the H2 concentration (1 to 10%) and the dew point (0 to -50°C) to control oxidation. selective selection of the elements Mn, Al and P on the surface of the uncoated strip. The formation of a superficial layer of oxides of these elements on the strip (before entering the zinc pot), without compromising the wettability of Zn, favors the control of the interdiffusion of Fe and Zn in the galvannealing process, contributing to control the formation of outburst, making the coating more homogeneous, that is, a flatter, smoother surface with no accentuated changes in its topography and the substrate less susceptible to the formation of cracks. In addition, it accelerates the diffusion of oxidized elements into the coating, contributing to a faster, more consistent and uniform formation of the protective oxide layer on the surface of the coating during heat treatment for hot forming.

[57] O processo de CTS da peça facilita a obtenção de solução sólida Fe(α)-Zn sem que haja perda de massa significativa do revestimento.[57] The part CTS process facilitates obtaining Fe(α)-Zn solid solution without significant loss of coating mass.

[58] A composição química do banho rico em Zn, do pote de revestimento, deve ser rigorosamente controlada para assegurar a formação qualitativa e quantitativa dos revestimentos Fe-Zn na tira e na peça, após CTS. Tal composição química do banho de Zn no pote (% massa) é mostrada na Tabela 1.

Figure img0001
[58] The chemical composition of the Zn-rich bath in the coating pot must be strictly controlled to ensure the qualitative and quantitative formation of Fe-Zn coatings on the strip and part after CTS. Such chemical composition of the Zn bath in the pot (% mass) is shown in Table 1.
Figure img0001

[59] A reação de nucleação e crescimento das fases intermetálicas Fe-Zn, em um primeiro momento, é controlada pelo teor de Al do banho, já que este é mais reativo com o Fe do que com o Zn. A camada de Fe-Al formada rapidamente na interface revestimento/substrato, desde que em suficientes espessura e área de recobrimento, permite o controle das reações de interdifusão de Fe e Zn, promovendo a formação adequada dos compostos intermetálicos na camada de revestimento Fe-Zn.[59] The nucleation and growth reaction of the Fe-Zn intermetallic phases, at first, is controlled by the Al content of the bath, since it is more reactive with Fe than with Zn. The Fe-Al layer formed quickly at the coating/substrate interface, as long as it has sufficient thickness and coating area, allows the control of Fe and Zn interdiffusion reactions, promoting the proper formation of intermetallic compounds in the Fe-Zn coating layer. .

[60] Os constituintes, presentes no revestimento formado sobre a tira estão descritos abaixo:

  • - fase zeta (ζ,FeZn13), entre 5% p/p e 6% p/p de Fe
  • - fase delta (δ,FeZn7), entre 7% p/p e 12% p/p de Fe
  • - fase gama 1 (Γ1,FeZn4), entre 17% p/p e 19% p/p de Fe
  • - fase gama (Γ,Fe3Zn10), entre 23% p/p e 28% p/p de Fe
[60] The constituents present in the coating formed on the strip are described below:
  • - zeta phase (ζ,FeZn13), between 5% w/w and 6% w/w of Fe
  • - delta phase (δ,FeZn7), between 7% w/w and 12% w/w Fe
  • - gamma 1 phase (Γ1,FeZn4), between 17% w/w and 19% w/w Fe
  • - gamma phase (Γ,Fe3Zn10), between 23% w/w and 28% w/w of Fe

[61] Durante o tratamento térmico de galvannealing, o revestimento de Zn se enriquece de Fe, formando as fases ζ, δ, Γ1 e Γ em quantidades adequadas. As proporções relativas das fases na camada de revestimento Fe-Zn da tira, obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectrometria de raios-X por dispersão de energia (EDS) podem ser observadas na Tabela 2.

Figure img0002
[61] During the galvannealing heat treatment, the Zn coating is enriched with Fe, forming the ζ, δ, Γ1 and Γ phases in adequate amounts. The relative proportions of the phases in the Fe-Zn coating layer of the strip, obtained by scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersion X-ray spectrometry (EDS) can be seen in Table 2.
Figure img0002

[62] A Figura 4 mostra um exemplo da microestrutura do revestimento galvannealed, processado com recozimento intercrítico a 760ºC, imersão de 4 s em banho de Zn a 460°C e temperatura no forno de indução de 585°C. A superfície do revestimento da tira possui um filme fino de óxidos (1) determinante na formação do revestimento da peça durante CTS. Estes óxidos (1) são resultantes da oxidação do Zn durante a passagem da tira pela navalha de gás que controla a espessura do revestimento de zinco na superfície da tira, posicionada acima do pote de zinco.[62] Figure 4 shows an example of the microstructure of the galvannealed coating, processed with intercritical annealing at 760°C, immersion for 4 s in a Zn bath at 460°C and induction furnace temperature of 585°C. The surface of the strip coating has a thin film of oxides (1) that determines the formation of the part coating during CTS. These oxides (1) are the result of the oxidation of Zn during the passage of the strip through the gas knife that controls the thickness of the zinc coating on the surface of the strip, positioned above the zinc pot.

[63] Em seguida a tira é processada no laminador de encruamento com, aproximadamente, 1,0% de deformação para ajuste da trabalhabilidade e ser usada no processo de CTS, antes da estampagem a quente a tira é cortada em forma de blank para produção de peças de alta resistência a tração e corrosão atmosférica.[63] Then the strip is processed in the hardening mill with approximately 1.0% strain to adjust the workability and be used in the CTS process, before hot stamping the strip is cut into a blank for production of high tensile and atmospheric corrosion resistance parts.

[64] As seguintes características listadas abaixo, asseguram a isenção de trincas no substrato durante a CTS, além da formação de camadas compostas por fase Fe-Zn e solução sólida Fe(α)-Zn (4) na peça, que são capazes de proteger com eficiência a peça contra a corrosão atmosférica:

  • - Existência de um recobrimento total da superfície da tira pelo revestimento galvannealed.
  • - Menor teor de hidrogênio atômico possível no interior da tira.
  • - A temperatura alcançada no processo de galvannealing (até 640°C) e o modelo praticado na etapa subsequente à passagem da tira pelo forno de indução (seja de resfriamento ou de encharque), Figura 1, contribui para obtenção das fases intermetálicas, zeta (ζ, FeZn13), delta (δ, FeZn7), gama (Γ, Fe3Zn10) e gama 1 (Γ1, FeZn4) em proporções adequadas à obtenção da peça de boa qualidade após CTS, Tabela 2.
[64] The following characteristics listed below ensure the absence of cracks in the substrate during CTS, in addition to the formation of layers composed of Fe-Zn phase and Fe(α)-Zn (4) solid solution on the part, which are capable of Efficiently protect the part against atmospheric corrosion:
  • - Existence of a total covering of the strip surface by the galvannealed coating.
  • - Lowest possible atomic hydrogen content inside the strip.
  • - The temperature reached in the galvannealing process (up to 640°C) and the model practiced in the step subsequent to the passage of the strip through the induction oven (either cooling or soaking), Figure 1, contributes to obtaining the intermetallic phases, zeta ( ζ, FeZn13), delta (δ, FeZn7), gamma (Γ, Fe3Zn10) and gamma 1 (Γ1, FeZn4) in adequate proportions to obtain a good quality part after CTS, Table 2.

[65] A concentração de Fe no revestimento, que confere proporções adequadas de fases no revestimento Fe-Zn à obtenção de peças de boa qualidade após CTS, é alcançada: (i) com o aumento da temperatura de galvannealing para a faixa de temperatura de 560 a 640°C, seguido de um resfriamento a taxas de 4°C/s a 8°C/s, até 350°C (estratégia “b” da Figura 1); (ii) ou temperatura de galvannealing de 530°C a 600°C, seguido de um encharque isotérmico por até 15 s (estratégia “a” da Figura 1).

  • - A porcentagem de Fe na camada de revestimento da tira deve ser controlada entre 10 a 18% para se garantir uma proporção adequada de fases intermetálicas no revestimento, bem como a espessura dessa camada para permitir a obtenção de peças na CTS isentas de trincas no substrato, boa soldagem, camada Fe-Zn homogênea e compacta, com elevada resistência a corrosão atmosférica e boa pintabilidade.
  • - Inexistência das reações de outburst, controlada através de um restrito controle do processo de galvannealing. Sem essas reações, o revestimento Fe-Zn se forma mais regular e uniforme, minimizando a difusão de Zn para o substrato e eliminando a formação de trincas no aço durante o processo de conformação a quente;
  • - A formação de uma espessa camada de fase gama (Γ, Fe3Zn10) junto à interface com o substrato, através um restrito controle do processo de galvannealing, para: (i) minimizar a difusão de Zn para o substrato durante o processo de tratamento térmico para conformação a quente; (ii) permitir a formação rápida e em grande proporção de solução sólida Fe(α)-Zn durante o CTS.
  • - As atmosferas dos fornos de recozimento e do snout da linha de galvanização contínua, controladas através do ajuste da concentração de H2 (1% a 7%) e da umidade destas atmosferas (0°C a -50°C), objetivando a oxidação seletiva de elementos presentes no aço, como o Mn, sem perda de molhabilidade do substrato pelo Zn. A presença dessa camada de óxidos no substrato, antes de sua imersão no pote de Zn, acelera a difusão desses elementos para o revestimento, contribuindo para a formação mais rápida, consistente e uniforme da camada de óxidos protetores na superfície do revestimento durante o tratamento térmico para conformação a quente. Além disso, essa superfície da tira pré-oxidada do aço contribui para controlar a difusão do Zn para o substrato (formação do revestimento Fe-Zn), tornando o revestimento mais homogêneo e o substrato menos susceptível à formação de trincas.
  • - A presença de um filme fino de óxidos na superfície do revestimento durante a sua passagem pela navalha de gás posicionada acima do pote de zinco.
  • - Microestrutura com menor área de contorno de grão, sem comprometer propriedades mecânicas do produto, através do controle da temperatura e do tempo de encharque nos fornos de recozimento da linha de galvanização contínua.
[65] The concentration of Fe in the coating, which gives adequate proportions of phases in the Fe-Zn coating to obtain good quality parts after CTS, is achieved: (i) with the increase of the galvannealing temperature to the temperature range of 560 to 640°C, followed by cooling at rates of 4°C/s to 8°C/s, up to 350°C (strategy “b” in Figure 1); (ii) or galvannealing temperature from 530°C to 600°C, followed by an isothermal soak for up to 15 s (strategy “a” in Figure 1).
  • - The percentage of Fe in the coating layer of the strip must be controlled between 10 and 18% to ensure an adequate proportion of intermetallic phases in the coating, as well as the thickness of this layer to allow obtaining parts in the CTS free from cracks in the substrate , good welding, homogeneous and compact Fe-Zn layer, with high resistance to atmospheric corrosion and good paintability.
  • - Inexistence of outburst reactions, controlled through a strict control of the galvannealing process. Without these reactions, the Fe-Zn coating forms more regularly and uniformly, minimizing the diffusion of Zn to the substrate and eliminating the formation of cracks in the steel during the hot forming process;
  • - The formation of a thick layer of gamma phase (Γ, Fe3Zn10) at the interface with the substrate, through a strict control of the galvannealing process, to: (i) minimize the diffusion of Zn to the substrate during the heat treatment process for hot forming; (ii) allow the rapid formation and in large proportion of Fe(α)-Zn solid solution during the CTS.
  • - The atmospheres of the annealing furnaces and the snout of the continuous galvanizing line, controlled by adjusting the concentration of H2 (1% to 7%) and the humidity of these atmospheres (0°C to -50°C), aiming at oxidation selective use of elements present in steel, such as Mn, without loss of substrate wettability by Zn. The presence of this oxide layer on the substrate, before its immersion in the Zn pot, accelerates the diffusion of these elements to the coating, contributing to a faster, more consistent and uniform formation of the protective oxide layer on the surface of the coating during the heat treatment. for hot forming. In addition, this surface of the pre-oxidized steel strip contributes to controlling the diffusion of Zn to the substrate (formation of the Fe-Zn coating), making the coating more homogeneous and the substrate less susceptible to crack formation.
  • - The presence of a thin film of oxides on the surface of the coating during its passage through the gas knife positioned above the zinc pot.
  • - Microstructure with smaller grain boundary area, without compromising the product's mechanical properties, by controlling the temperature and soaking time in the annealing furnaces of the continuous galvanizing line.

[66] As fases Gama e Gama 1 (Γ/Γ1), como na Figura 2, em quantidades adequadas, servem como barreira à penetração do Zn da camada de revestimento galvannealed no substrato da peça durante sua fabricação. O filme de óxido remanescente da tira e enriquecido em quantidade durante a fabricação da peça, serve também como barreira contra a perda de massa de Zn, e com isso assegura a formação da solução sólida Fe(α)-Zn (2) compacta da camada de proteção da peça.[66] The Gamma and Gamma 1 (Γ/Γ1) phases, as in Figure 2, in adequate amounts, serve as a barrier to the penetration of Zn from the galvannealed coating layer into the part substrate during its manufacture. The remaining oxide film of the strip and enriched in quantity during the manufacture of the part, also serves as a barrier against the loss of Zn mass, and thus ensures the formation of the solid Fe(α)-Zn (2) compact solution of the layer. part protection.

[67] A fase Fe2Al5 formada na interface substrato/revestimento durante a imersão a quente da tira no pote de Zn para receber o revestimento é decomposta durante o processo de galvannealing e o Al migra para a superfície do revestimento e em contato com oxigênio forma uma camada de óxido que contribui na inibição da perda do Zn. Esta camada de óxidos de Zn e Al tem espessura aproximada de 0,3 µm.[67] The Fe2Al5 phase formed at the substrate/coating interface during the hot dip of the strip in the Zn pot to receive the coating is decomposed during the galvannealing process and the Al migrates to the coating surface and in contact with oxygen forms a oxide layer that contributes to the inhibition of Zn loss. This layer of Zn and Al oxides is approximately 0.3 µm thick.

[68] As propriedades mecânicas da tira laminada a frio revestida e pronta para uso na fabricação de peça pelo processo de CTS são controladas para garantir baixa presença da fase martensítica na estrutura da tira e com isso reduzir o risco de trinca a frio por hidrogênio na peça e são apresentadas na Tabela 3.[68] The mechanical properties of the coated, ready-to-use cold-rolled strip in the CTS process part manufacturing are controlled to ensure a low presence of the martensitic phase in the strip structure and thereby reduce the risk of hydrogen cold cracking in the strip. part and are shown in Table 3.

Caracterizações de amostra da tira revestida, antes da simulação do processo CTSSample characterizations of the coated strip, prior to the simulation of the CTS process

[69] A caracterização microestrutural de amostra recozida industrialmente foi feita utilizando microscopia óptica (MO), após ataque com reativo Nital (4%) para revelação da microestrutura existente, figura 3. Percebe-se que a microestrutura do aço é constituída por, aproximadamente, 45% de ferrita e 55% perlita, com certo grau de bandeamento, decorrente do processo de recozimento contínuo.[69] The microstructural characterization of an industrially annealed sample was performed using optical microscopy (OM), after etching with Nital reagent (4%) to reveal the existing microstructure, figure 3. It can be seen that the microstructure of the steel consists of approximately , 45% ferrite and 55% pearlite, with a certain degree of banding, resulting from the continuous annealing process.

[70] A camada de revestimento de Zn para a condição de processamento GA é constituída, aproximadamente, por 15% de Fe e 0,5% de Al. A massa de Zn é de 80,00 ± 5,0 g/m2 e a espessura média está entre 10 e 15 µm. A camada de revestimento é constituída pelas fazes gama (Γ), delta (δ) e zeta (ζ) nos seguintes teores: 20,00 ≤ Γ ≤ 30,00; 60,00 ≤ δ ≤ 75,00; 5,00 ≤ ζ ≤ 15,00.[70] The Zn coating layer for the GA processing condition is approximately 15% Fe and 0.5% Al. The mass of Zn is 80.00 ± 5.0 g/m2 and the average thickness is between 10 and 15 µm. The coating layer consists of gamma (Γ), delta (δ) and zeta (ζ) phases in the following levels: 20.00 ≤ Γ ≤ 30.00; 60.00 ≤ δ ≤ 75.00; 5.00 ≤ ζ ≤ 15.00.

[71] A homogeneidade do aspecto morfológico da secção do revestimento é similar ao galvannealed tradicional. No entanto, com aumento da temperatura no forno de indução a difusão do Fe do substrato para revestimento pode ser aumentada, enquanto que para os elementos Mn, Al e Si o efeito da alteração desse parâmetro não deve ser percebido. A oxidação da camada superficial do revestimento também não é afetada pela variação da temperatura do forno de indução.[71] The homogeneity of the morphological aspect of the coating section is similar to traditional galvannealed. However, with increasing temperature in the induction furnace, Fe diffusion from the substrate for coating can be increased, while for the elements Mn, Al and Si, the effect of changing this parameter should not be noticed. The oxidation of the surface layer of the coating is also not affected by the temperature variation of the induction furnace.

[72] O teor de Fe observado nas amostras simuladas foi bastante elevado, atípico para o aço galvannealed tradicional. De qualquer forma, justifica-se com isso a elevada camada de fase gama (Γ) observada nessas amostras decorrentes da elevação da temperatura do forno de indução. Essa maior quantidade de Fe, maior quantidade da fase gama, é que vai servir de barreira à penetração de Zn do revestimento no substrato impedindo o surgimento de trinca por difusão, durante o processo CTS.[72] The Fe content observed in the simulated samples was quite high, atypical for traditional galvannealed steel. Anyway, this justifies the high layer of gamma phase (Γ) observed in these samples resulting from the increase in the temperature of the induction furnace. This greater amount of Fe, greater amount of the gamma phase, will serve as a barrier to the penetration of Zn from the coating into the substrate, preventing the emergence of cracking by diffusion during the CTS process.

Caracterizações de amostra da peça revestida, após simulação do processo CTSSample characterizations of the coated part, after simulation of the CTS process

[73] A tira revestida foi amostrada, cortada em blank para realizar o tratamento simulado de austenitização seguida de têmpera no simulador piloto. Trata-se um forno do tipo Mufla, acoplado a uma prensa hidráulica com capacidade de força de 40 t, equipada com um conjunto de punção-matriz refrigerados com água. Por meio desse conjunto é possível construir amostras estampadas e/ou planas para posterior confecção de corpos de prova para ensaio de tração. O processo CTS foi simulado com temperatura de austenitização ente 900°C e 950°C durante, aproximadamente, 5 minutos de encharque.[73] The coated strip was sampled, blank cut to perform the simulated treatment of austenitization followed by quenching in the pilot simulator. It is a muffle furnace, coupled to a hydraulic press with a force capacity of 40 t, equipped with a set of water-cooled punch-matrix. By means of this set it is possible to build stamped and/or flat samples for later confection of specimens for tensile testing. The CTS process was simulated with an austenitization temperature between 900°C and 950°C for approximately 5 minutes of soaking.

[74] Os primeiros aspectos que chamam a atenção são a presença de óxidos na superfície da camada de revestimento e o aumento da mesma, que praticamente dobra de espessura após o tratamento térmico de austenitização e têmpera, em relação à encontrada na tira antes da simulação. A camada externa oxidada do revestimento é aumentada, tendo como referência os aços galvannealed tradicional.[74] The first aspects that draw attention are the presence of oxides on the surface of the coating layer and its increase, which practically doubles in thickness after the austenitization and quenching heat treatment, in relation to that found in the strip before the simulation. . The oxidized outer layer of the coating is enhanced by reference to traditional galvannealed steels.

[75] As amostras processadas com maior temperatura no forno de indução apresentaram três partes distintas na camada revestimento, com diferentes constituintes: uma de solução sólida Fe(α)-Zn, interna (junto ao substrato), com teor de Fe entre 60% e 70%, e outras duas acima dessa, meio e externa, com concentrações de Fe variando até aproximadamente 30%, típico dos aços com tratamento com forno de indução. O teor de Fe da camada interna equivale ao da fase Γ (± 28% de Fe) e teor de Fe da camada externa equivale ao da fase δ (± 10% de Fe).[75] The samples processed with higher temperature in the induction oven showed three distinct parts in the coating layer, with different constituents: one of Fe(α)-Zn solid solution, internal (next to the substrate), with Fe content between 60% and 70%, and two others above that, middle and external, with Fe concentrations varying up to approximately 30%, typical of steels treated with an induction furnace. The Fe content of the inner layer is equivalent to that of the Γ phase (± 28% of Fe) and the Fe content of the outer layer is equivalent to that of the δ phase (± 10% of Fe).

[76] A existência dessa camada remanescente de fases Fe-Zn próximo à superfície pode ser explicada pela maior massa de camada de revestimento Fe-Zn antes do tratamento térmico, uma vez que a temperatura do forno de indução mais elevada dessas amostras contribuiria para eliminá-la.[76] The existence of this remaining layer of Fe-Zn phases near the surface can be explained by the higher mass of the Fe-Zn coating layer before heat treatment, since the higher induction furnace temperature of these samples would contribute to eliminate -there.

[77] Os aumentos do tempo e da temperatura do tratamento térmico contribuem para reduzir a camada de revestimento. Por outro lado, esse aumento do aporte de calor produz uma camada mais espessa de óxido, pela oxidação da própria camada rica em Zn.[77] Increases in heat treatment time and temperature contribute to thinning of the coating layer. On the other hand, this increase in heat input produces a thicker oxide layer, due to the oxidation of the Zn-rich layer itself.

[78] As amostras processadas com a temperatura no forno de indução em torno de 585°C, com boa homogeneidade, independente da condição de austenitização e têmpera, não apresentam a existência da camada rica em Zn, ou seja, apenas a formação de solução sólida Fe(α)-Zn; por sua vez, a camada de óxidos mostrou-se mais espessa e mais aderida ao revestimento.[78] The samples processed with the temperature in the induction oven around 585°C, with good homogeneity, regardless of the austenitization and tempering condition, do not present the existence of the Zn-rich layer, that is, only the formation of solution solid Fe(α)-Zn; in turn, the oxide layer was thicker and more adhered to the coating.

Caracterizações de propriedades mecânicas e de microestrutura dos substratosCharacterizations of mechanical properties and microstructure of substrates

[79] A Tabela 3 mostra as propriedades mecânicas, dureza e estruturas obtidas na peça após a simulação do processo CTS, em corpos de prova com espessura de 1,5 mm e 1,8 mm. Percebe-se que as variações de espessura não exerceram influência significativa nos valores de propriedades mecânicas e nem na microestrutura da peça revestida após a etapa de simulação do processo CTS.

Figure img0003
[79] Table 3 shows the mechanical properties, hardness and structures obtained in the part after the simulation of the CTS process, in specimens with thickness of 1.5 mm and 1.8 mm. It is noticed that the thickness variations did not exert a significant influence on the values of mechanical properties nor on the microstructure of the coated part after the simulation stage of the CTS process.
Figure img0003

[80] Com relação à microestrutura da tira antes do processo simulado, é constituída por ferrita, perlita (3) e carbonetos dispersos na matriz. Após o processo CTS simulado, as amostras apresentaram suas microestruturas constituídas predominantemente por martensita (5), o que está de acordo com os resultados obtidos de propriedades mecânicas.[80] Regarding the microstructure of the strip before the simulated process, it consists of ferrite, pearlite (3) and carbides dispersed in the matrix. After the simulated CTS process, the samples showed their microstructures predominantly constituted by martensite (5), which is in agreement with the results obtained from mechanical properties.

Efeito técnico alcançado pela presente invençãoTechnical effect achieved by the present invention

[81] A partir do processo de produção de tira laminada a frio revestida com Fe-Zn para aplicação em peça de alta resistência conformada a quente foi possível alcançar os seguintes efeitos técnicos:

  • - uma tira com excelente qualidade superficial (isenta de defeitos, 100% de área de cobertura, homogênea, contínua e plana) tanto na condição recozida e com revestimento Fe-Zn quanto após a simulação do processo CTS.
  • - um revestimento, antes do CTS, constituído basicamente por compostos intermetálicos Fe-Zn e, após o CTS, aderente, composto, basicamente, por duas camadas: uma de óxidos, na superfície (4) e outra, junto à interface com o substrato de aço e em maior proporção, formada por uma camada de solução sólida Fe(α)-Zn. A conjunção dessas camadas e em proporções específicas é capaz de conferir uma resistência a corrosão suficiente para atender o mercado automobilístico neste seguimento de peça.
  • - um substrato metálico, após CTS, com microestrutura predominantemente martensítica (5), isento de trincas, e com elevadas propriedades mecânicas em tração, superior a 1850 MPa, compatíveis com a aplicação.
  • - baixa susceptibilidade de ocorrência de trincas.
[81] From the production process of cold-rolled strip coated with Fe-Zn for application in high-strength hot-formed part, it was possible to achieve the following technical effects:
  • - a strip with excellent surface quality (free of defects, 100% coverage area, homogeneous, continuous and flat) both in the annealed condition and with Fe-Zn coating and after the simulation of the CTS process.
  • - a coating, before the CTS, basically consisting of Fe-Zn intermetallic compounds and, after the CTS, adherent, basically composed of two layers: one of oxides, on the surface (4) and another, next to the interface with the substrate steel and, to a greater extent, formed by a layer of Fe(α)-Zn solid solution. The combination of these layers and in specific proportions is capable of providing sufficient corrosion resistance to meet the needs of the automotive market in this part segment.
  • - a metallic substrate, after CTS, with a predominantly martensitic microstructure (5), free from cracks, and with high mechanical properties in traction, above 1850 MPa, compatible with the application.
  • - low susceptibility to the occurrence of cracks.

Claims (23)

Tira de aço laminada a frio, revestida com Fe-Zn e peça conformada a quente e temperada simultaneamente (CTS) que Caracterizada por constituir de um substrato de aço composto pelos teores dos seguintes elementos químicos (% em massa):
0,20% ≤ C ≤ 0,40%
1,00% ≤ Mn ≤ 1,50%
0,001% ≤ Si ≤ 0,600%
0,001% ≤ P ≤ 0,025%
0,001% ≤ S ≤ 0,015%
0,010% ≤ Al ≤ 0,080%
0,001% ≤ Cu ≤ 0,100%
0,05% ≤ Cr ≤ 0,4%
0,001% ≤ N ≤ 0,010%
0,005% ≤ Ti ≤ 0,060%
0,001% ≤ Nb ≤ 0,060%
0,001% ≤ Ni ≤ 0,060%
0,005% ≤ Mo ≤ 0,300%
0,005% ≤ V ≤ 0,050%
0,002% ≤ B ≤ 0,005%
0,0010% ≤ Ca ≤ 0,0050%
0,0000% ≤ H ≤ 0,0002%
- soma dos teores dos elementos Ti+Cr+Mo entre 0,320% e 0,635%;
- relação Ti/N ≥ 4;
- relação Al/N ≥ 6;
- microestrutura da tira composta por ferrita/perlita/carbonetos (3) com tamanho de grão ferrítico entre 9 e 13 µm, preferencialmente 11 µm, após processo de recozimento da linha de galvanização contínua e a microestrutura da peça composta predominantemente por martensita;
- camada de óxidos (4) formados pelos elementos Mn, Al e P na superfície da tira antes da sua imersão no pote de zinco;
- microestrutura do revestimento galvannealed com 10 a 18 % de Fe na Liga Fe-Zn;
- camada de Zn de 40 a 180 g/m2 por face com recobrimento total do substrato (4) e;
- camada externa do revestimento constituída por compostos intermetálicos Fe-Zn e óxidos formados pelos elementos Zn e Al.Cold-rolled steel strip, coated with Fe-Zn and simultaneously hot-formed and tempered piece (CTS) that Characterized by constituting a steel substrate composed of the contents of the following chemical elements (% by mass):
0.20% ≤ C ≤ 0.40%
1.00% ≤ Mn ≤ 1.50%
0.001% ≤ Si ≤ 0.600%
0.001% ≤ P ≤ 0.025%
0.001% ≤ S ≤ 0.015%
0.010% ≤ Al ≤ 0.080%
0.001% ≤ Cu ≤ 0.100%
0.05% ≤ Cr ≤ 0.4%
0.001% ≤ N ≤ 0.010%
0.005% ≤ Ti ≤ 0.060%
0.001% ≤ Nb ≤ 0.060%
0.001% ≤ Ni ≤ 0.060%
0.005% ≤ Mo ≤ 0.300%
0.005% ≤ V ≤ 0.050%
0.002% ≤ B ≤ 0.005%
0.0010% ≤ Ca ≤ 0.0050%
0.0000% ≤ H ≤ 0.0002%
- sum of the contents of Ti+Cr+Mo elements between 0.320% and 0.635%;
- Ti/N ratio ≥ 4;
- Al/N ratio ≥ 6;
- microstructure of the strip composed of ferrite/perlite/carbides (3) with a ferritic grain size between 9 and 13 µm, preferably 11 µm, after the annealing process of the continuous galvanizing line and the microstructure of the piece predominantly composed of martensite;
- layer of oxides (4) formed by the elements Mn, Al and P on the surface of the strip before its immersion in the zinc pot;
- microstructure of the galvannealed coating with 10 to 18 % Fe in the Fe-Zn Alloy;
- Zn layer from 40 to 180 g/m2 per face with full substrate cover (4) and;
- outer layer of the coating consisting of Fe-Zn intermetallic compounds and oxides formed by the elements Zn and Al. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a microestrutura do revestimento galvannealed constitui as fases zeta (ζ, FeZn13), fase delta (δ, FeZn7) e fases gama (Γ, Fe3Zn10) e gama1 (Γ1, FeZn4).Laminated steel strip, according to claim 1, characterized in that the microstructure of the galvannealed coating comprises the zeta phases (ζ, FeZn13), delta phase (δ, FeZn7) and gamma phases (Γ, Fe3Zn10) and gamma1 ( Γ1, FeZn4). Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato da proporção da fase zeta (ζ, FeZn13) estar entre 5 e 15%.Laminated steel strip, according to claim 2, characterized in that the proportion of the zeta phase (ζ, FeZn13) is between 5 and 15%. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato da proporção da fase delta (δ, FeZn7) estar entre 55 e 85%.Laminated steel strip, according to claim 2, characterized in that the proportion of the delta phase (δ, FeZn7) is between 55 and 85%. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato das proporções das fases gama (Γ, Fe3Zn10) e gama1 (Γ1, FeZn4) estarem entre 10 e 40%.Laminated steel strip, according to claim 2, characterized in that the proportions of the gamma (Γ, Fe3Zn10) and gamma1 (Γ1, FeZn4) phases are between 10 and 40%. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da espessura ser de 0,4 a 3,0 mm.Laminated steel strip, according to claim 1, characterized in that the thickness is from 0.4 to 3.0 mm. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da proporção da fase predominante no substrato ser ferrita + perlita (3) à 97% ou mais.Laminated steel strip, according to claim 1, characterized in that the proportion of the predominant phase in the substrate is ferrite + perlite (3) at 97% or more. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da interface aço / revestimento ser isenta de trincas no substrato e formação de outburst no revestimento.Laminated steel strip, according to claim 1, characterized in that the steel / coating interface is free from cracks in the substrate and outburst formation in the coating. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do limite de resistência da tira laminada a frio ser de 500 a 800 MPa.Rolled steel strip, according to claim 1, characterized in that the strength limit of the cold rolled strip is from 500 to 800 MPa. Tira de aço laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite de escoamento ser de 300 a 650 MPa.Laminated steel strip, according to claim 1, characterized in that the yield strength is from 300 to 650 MPa. Peça conformada e temperada simultaneamente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite de resistência está acima de 1850 MPa após conformação e tempera.Simultaneous shaped and tempered part, according to claim 1, characterized in that the strength limit is above 1850 MPa after shaping and tempering. Processo de fabricação da tira de aço laminada a frio revestida com Fe-Zn conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
  • a) refino do aço;
  • b) lingotamento contínuo;
  • c) preparação da placa para laminação a quente;
  • d) laminação a quente;
  • e) laminação a frio;
  • f) revestimento contínuo com Zn por imersão;
  • g) galvannealing;
  • h) laminação de encruamento
  • i) corte da tira em blank
  • j) Estampagem a quente (hot stamping);
Process of manufacturing cold-rolled steel strip coated with Fe-Zn as defined in any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises the following steps:
  • a) steel refining;
  • b) continuous casting;
  • c) preparing the plate for hot rolling;
  • d) hot rolling;
  • e) cold rolling;
  • f) continuous coating with Zn by immersion;
  • g) galvannealing;
  • h) hardening rolling
  • i) cutting the strip in blank
  • j) Hot stamping;
 Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa a) ocorre a redução do hidrogênio entre 0 a 2 ppm no aço líquido, a redução do nitrogênio e da relação Ti/N para mínimo de 4/1 e Al/N para mínimo de 6/1.Process according to claim 12, characterized by the fact that in step a) there is a reduction of hydrogen between 0 to 2 ppm in the liquid steel, the reduction of nitrogen and the Ti/N ratio to a minimum of 4/1 and Al /N for minimum of 6/1. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa b) a máquina é do tipo vertical curva com velocidade baixa de processamento de 0,8 a 1,0 m/mim.Process according to claim 12, characterized by the fact that in step b) the machine is of the vertical curved type with low processing speed of 0.8 to 1.0 m/min. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado de que na etapa c) ocorre o enfornamento a quente da placa em temperatura maior do que 150ºC.Process, according to claim 12, characterized in that in step c) the plate is hot-baked at a temperature higher than 150°C. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa d) a temperatura de acabamento mais baixa é de 810 a 850°C, preferencialmente 830°C, a velocidade de resfriamento entre o acabamento e o bobinamento deve ser entre 30 a 120ºC/min e a temperatura de bobinamento mais alta é de 610 a 650°C, preferencialmente 630°C.Process according to claim 12, characterized in that in step d) the lowest finishing temperature is from 810 to 850°C, preferably 830°C, the cooling speed between finishing and winding must be between 30 to 120°C/min and the highest winding temperature is 610 to 650°C, preferably 630°C. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa e) a taxa de redução a frio é entre 50% e 80%.Process according to claim 12, characterized in that in step e) the cold reduction rate is between 50% and 80%. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa f) a taxa média de aquecimento é entre 8°C/s e 12°C/s, a taxa média de resfriamento da tira até o pote de zinco é entre 8°C/s e 20°C/s, a temperatura de tratamento de recozimento intercrítico contínuo é entre 735°C a 800°C, o teor de H2 nas atmosferas dos fornos e do snout da linha de galvanização contínua é entre 1 e 7%, e o ponto de orvalho nas atmosferas dos fornos e do snout é entre 0°C e -50°C.Process according to claim 12, characterized in that in step f) the average heating rate is between 8°C/s and 12°C/s, the average cooling rate from the strip to the zinc pot is between 8°C/s and 20°C/s, the continuous intercritical annealing treatment temperature is between 735°C to 800°C, the H2 content in the furnace and snout atmospheres of the continuous galvanizing line is between 1 and 7 %, and the dew point in the ovens and snout atmospheres is between 0°C and -50°C. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o tempo de encharque no recozimento intercrítico é entre 80s e 120s;Process according to claim 18, characterized in that the soaking time in the intercritical annealing is between 80s and 120s; Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa g) na temperatura de galvannealing na faixa de 560 a 640°C, o resfriamento é feito a taxas de 4 °C/s a 8 °C/s até 350°C,Process according to claim 12, characterized in that in step g) at the galvannealing temperature in the range of 560 to 640°C, the cooling is done at rates from 4°C/s to 8°C/s up to 350 °C, Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa g) na temperatura de galvannealing na faixa de 530°C a 600°C, o encharque isotérmico é seguido por até 15 s e posterior resfriamento.Process according to claim 12, characterized in that in step g) at the galvannealing temperature in the range of 530°C to 600°C, the isothermal soaking is followed by up to 15 s and subsequent cooling. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que na etapa j) a temperatura de austenitização é de 900º a 930°C e o tempo de austenitização é de 4 a 5 min.Process according to claim 12, characterized in that in step j) the austenitization temperature is from 900º to 930°C and the austenitization time is from 4 to 5 min. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que após a etapa j) a microestrutura final da peça é constituída predominantemente por martensita, com limite de resistência acima de 1850 MPa.Process according to claim 12, characterized by the fact that after step j) the final microstructure of the part is predominantly made up of martensite, with a strength limit above 1850 MPa.
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