BR112015018780B1 - Chapa metálica e processo de realização de uma chapa metálica - Google Patents
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Abstract
chapa metálica e processo de realização de uma chapa metálica a presente invenção refere-se a uma chapa metálica que compreende um substrato (3) que possui pelo menos uma face (5) revestida por um revestimento metálico (7) que possui um teor em peso de alumínio tal compreendido entre 3,6 e 3,8% e um teor em peso em magnésio tmg compreendido entre 2,7 e 3,3%. o revestimento possui uma microestrutura que compreende uma matriz lamelar de eutética ternária zn/al/mgzn2 e eventualmente: - dendritos de zn com um teor superficial acumulado inferior ou igual a 5,0%, - flores de eutética binária zn/mgzn2 com um teor superficial acumulado inferior ou igual a 15,0%, - dendritos de eutética binária zn/al com um teor superficial acumulado inferior a 1,0%, - ilhas de mgzn2 com um teor superficial acumulado inferior a 1,0%.
Description
[001] A presente invenção trata de uma chapa metálica que compreende um substrato que possui pelo menos uma face revestida por um revestimento metálico que compreende Al e Mg, e o resto do revestimento metálico são Zn, impurezas inevitáveis e eventualmente um ou mais elementos adicionais escolhidos entre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, A, Ce, Cr, Ni ou Bi, em que o teor em peso de cada elemento adicional no revestimento metálico é inferior a 0,3%.
[002] Os revestimentos metálicos galvanizados que compreendem essencialmente zinco e de 0,1 a 0,4% em peso de alumínio são tradicionalmente usados por sua boa proteção contra a corrosão.
[003] Esses revestimentos metálicos sofrem atualmente a concorrência, em particular dos revestimentos que compreendem zinco, e adições de magnésio e de alumínio, que podem ir respectivamente até 10% e até 20% em peso.
[004] Tais revestimentos metálicos serão globalmente designados aqui pelo termo de revestimentos zinco- alumínio- magnésio ou ZnAIMg.
[005] A adição de magnésio aumenta nitidamente a resistência à corrosão contra a ferrugem vermelha desses revestimentos, o que pode permitir reduzir sua espessura ou aumentar a garantia de proteção contra a corrosão ao longo do tempo em espessura constante.
[006] Essas chapas se destinam, por exemplo, ao campo automotivo, dos eletrodomésticos ou da construção.
[007] Elas podem ser adicionadas a tintas antes ou depois de seu acabamento (sua formagem) pelos usuários nesses campos, quando elas são pintadas antes de seu acabamento, são então denominadas chapas “pré- laqueadas”, e se destinam particularmente ao campo dos eletrodomésticos ou da construção.
[008] No caso das chapas pré-laqueadas, todo o processo de fabricação das chapas é realizado pelo siderurgista, reduzindo assim os custos e as dificuldades ligadas ao processo de pintura nos usuários.
[009] Entretanto, foi observado que os revestimentos metálicos conhecidos podem estar sujeitos a problemas de delaminação das camadas de pinturas, levando a uma corrosão local da chapa.
[0010] Uma finalidade da presente invenção é fornecer uma chapa revestida cuja resistência à corrosão, quando ela é pintada, é aumentada.
[0011] Para esse fim, a presente invenção tem por primeiro objeto uma chapa de acordo com a reivindicação 1.
[0012] A chapa pode igualmente compreender as características das reivindicações 2 a 12, consideradas isoladamente ou em combinação.
[0013] A presente invenção tem igualmente por objeto um processo de acordo com a reivindicação 13.
[0014] O processo pode igualmente compreender as características das reivindicações 14 e 15, consideradas isoladamente ou em combinação.
[0015] A presente invenção vai ser agora ilustrada por exemplos dados a título indicativo, e não limitativo, e em relação às figuras anexas nas quais: - a figura 1 é uma vista esquemática em corte que ilustra a estrutura de uma chapa de acordo com a presente invenção, após a pintura, - as figuras 2 a 4 são esquemas que ilustram a microestrutura de a superfície no estado bruto dos revestimentos metálicos da chapa da figura 1, - a figura 5 é um diagrama que ilustra os resultados de testes de delaminação realizados em uma amostra de chapa de acordo com a presente invenção e de chapas que não estão de acordo com a presente invenção, e - a figura 6 é um diagrama que ilustra curvas de densidade de corrente e de potencial de corrosão representativas de diferentes fases.
[0016] A chapa 1 da figura 1 compreende um substrato 3 de aço recoberto sobre cada uma de suas duas faces 5 por um revestimento metálico 7, que é, por sua vez, recoberto por um filme de pintura 9, 11.
[0017] Deve-se observar que as espessuras relativas do substrato 3 e das diferentes camadas que o recobrem não foram respeitadas na figura 1 a fim de facilitar a representação.
[0018] Os revestimentos 7 presentes nas duas faces 5 são análogos e apenas um será descrito detalhadamente a seguir. Em uma variante (não representada), apenas uma das faces 5 apresenta um revestimento 7.
[0019] O revestimento 7 possui geralmente uma espessura inferior ou igual a 25 μm e se destina a proteger o substrato 3 contra a corrosão.
[0020] O revestimento 7 compreende zinco, de alumínio e magnésio. O teor em peso de alumínio tAl do revestimento metálico 7 está compreendido entre 3,6 e 3,8%. O teor em peso em magnésio tMg do revestimento metálico 7 está compreendido entre 2,7 e 3,3%.
[0021] De preferência, o teor em magnésio tMg está compreendido entre 2,9 e 3,1%.
[0022] De preferência, a relação mássica Al/(Al+Mg) é superior ou igual a 0,45, ou mesmo superior ou igual a 0,50, ou mesmo superior ou igual a 0,55.
[0023] Como ilustrado pelas figuras 2 a 4, o revestimento 7 possui uma microestrutura particular com uma matriz lamelar 13 de eutética ternária Zn/Al/MgZn2. Como se pode ver na figura 3, a matriz lamelar 13 forma grãos separados por juntas 19.
[0024] Em uma realização preferida da presente invenção, a eutética ternária constitui a totalidade da microestrutura do revestimento.
[0025] A distância interlamelar da matriz lamelar 13 pode variar de forma bastante acentuada em seus grãos, em particular perto das estruturas eventualmente englobadas por essa matriz, as quais estruturas vão ser agora descritas.
[0026] Além da matriz lamelar 13 precitada, a microestrutura, na superfície e em corte transversal, pode compreender em pequenas quantidades dendritas 15 de Zn e flores 17 de eutética binária Zn/MgZn2 que n]ao são muito prejudiciais ao melhoramento da resistência à delaminação obtida de acordo com a presente invenção.
[0027] Para isso, os teores superficiais acumulados de dendritas 15 de Zn e de flores 17 de eutética binária Zn/MgZn2 na superfície externa 21 no estado bruto são limitados.
[0028] De preferência, o teor superficial acumulado de dendritas 15 de Zn na superfície externa 21 no estado bruto é inferior a 5,0%, ou mesmo 3,0%, ou mesmo 2,0%, ou mesmo 1,0%, e idealmente nulo e o teor superficial acumulado de flores 17 de eutética binária Zn/MgZn2 na superfície externa 21 no estado bruto é inferior a 15,0%, ou mesmo 10,0%, ou mesmo 5,0%, ou mesmo 3,0% e idealmente nula.
[0029] A microestrutura pode igualmente compreender dendritas de eutética binária Zn/AL ou ilhas de MgZn2, em quantidades muito reduzidas, pois essas estruturas deterioram fortemente a resistência à delaminação das chapas revestidas de acordo com a presente invenção.
[0030] Em qualquer situação, o teor superficial acumulado de dendritas de eutética binária Zn/Al na superfície externa 21 no estado bruto é inferior a 1,0% e o teor superficial acumulado de ilhas de MgZn2 na superfície externa 21 no estado bruto é inferior a 1,0% e esses teores acumulados são, de preferência, nulos.
[0031] Da mesma forma, os respectivos teores acumulados em corte transversal, de dendritas de eutética binária Zn/Al e de ilhas MgZn2 são, de preferência, nulas.
[0032] Assim, de modo geral, a microestrutura será constituída de uma matriz lamelar 13 de eutética ternária e eventualmente de dendritas 15 de Zn, de flores 17 de eutética binária Zn/MgZn2, de dendritas de eutética binária Zn/AL e de ilhas de MgZn2. Entretanto, em função da presença de elementos opcionais adicionais mencionados mais adiante, a microestrutura poderá igualmente compreender pequenas quantidades de outras estruturas englobadas na matriz lamelar 13 de eutética ternária.
[0033] Os teores superficiais acumulados para cada estrutura são, por exemplo, medidos tomando pelo menos 30 vistas com um aumento X1000 da superfície externa 21 no estado bruto (isto é, sem polimento mais eventualmente desengordurada por solvente orgânico) graças a um microscópio eletrônico de varredura.
[0034] Para cada uma dessas vistas, são extraídos os contornos da estrutura cujo teor tem de ser medido, e depois calculados, por exemplo graças ao software AnalySIS Docu 5.0 da Olympus Soft Imaging Solutions GmbH, a taxa de ocupação da superfície externa 21 pela estrutura em questão. A taxa de ocupação assim calculada é o teor superficial acumulado da estrutura em questão.
[0035] Os filmes de pintura 9 e 11 são, por exemplo, à base de polímeros. Esses polímeros podem ser poliésteres ou derivados halogenados de polímeros vinílicos tais como plastisóis, PVDF.
[0036] Os filmes 9 e 11 possuem tipicamente espessuras compreendidas entre 1 e 200 μm. Para realizar a chapa 1, pode-se, por exemplo, proceder da maneira a seguir.
[0037] A instalação utilizada pode compreender uma única e mesma linha ou, por exemplo, duas linhas diferentes para realizar respectivamente os revestimentos metálicos e a pintura. No caso de serem utilizadas duas linhas diferentes, elas podem estar situadas no mesmo local ou em locais diferentes. Na descrição a seguir, será considerado a título de exemplo uma realização em que são utilizadas duas linhas distintas.
[0038] Em uma primeira realização dos revestimentos metálicos 7, é utilizado um substrato 3 obtido por exemplo por laminação a quente, e depois a frio. O substrato 3 está em forma de uma banda que é passada em um banho para depositar os revestimentos 7 por imersão a quente.
[0039] O banho é um banho de zinco fundido que contém magnésio e alumínio. O banho pode igualmente conter até 0,3% em peso de elementos opcionais adicionais tais como Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, A, Ce, Cr, Ni ou Bi.
[0040] Esses diferentes elementos adicionais podem permitir, entre outras coisas, melhorar a ductilidade ou a adesão dos revestimentos 7 sobre o substrato 3. O técnico no assunto que conhece seus efeitos sobre as características dos revestimentos 7 saberá empregá-los em função da finalidade complementar desejada. O banho pode, finalmente, conter elementos residuais provenientes dos lingotes de alimentação ou que resultam da passagem do substrato 3 no banho, tais que ferro em um teor que varia até 0,5% em peso e geralmente compreendido entre 0,1 e 0,4% em peso.
[0041] O banho possui uma temperatura Tb compreendida entre 360 °C e 480°C, de preferência entre 420°C e 460°C.
[0042] Na entrada do banho, o substrato 3 possui uma temperatura de imersão Ti tal que: (2,34 x tAi+ 0,655 x tMg - 10,1) x 10’6 < exp(-10584/Ti) em que Ti é expressa em graus Kelvin.
[0043] Tai temperatura de imersão Ti permite obter a microestrutura precitada com poucas estruturas engiobadas na matriz iameiar 13, ou nenhuma.
[0044] Geraimente, essa temperatura Ti é determinada no iocai a partir de uma medida efetuada aiguns metros a montante do banho por uma técnica pirométrica seguida da apiicação de um modeio térmico para caicuiar a temperatura Ti.
[0045] Para fazer Ti variar e satisfazer à equação precitada, as condições de resfriamento do substrato 3 são modificadas a montante do banho. Esse resfriamento pode ser reaiizado por insufiação de gás de resfriamento inerte sobre as duas faces 5 do substrato 3 por meio de câmaras de resfriamento, cuja pressão de gás pode ser reguiada. É iguaimente possívei ajustar a veiocidade de passagem (desiocamento) do substrato 3 na zona de resfriamento ou ainda sobre a temperatura do substrato 3 na entrada dessa zona, por exempio.
[0046] Após deposição dos revestimentos 7, o substrato 3 é, por exempio, escorrido por meio de bicos que projetam um gás de cada iado do substrato 3.
[0047] Os revestimentos 7 são depois deixados resfriar de forma controiada para que soiidifiquem.
[0048] Em uma reaiização, uma escovação pode ser efetuada para remover o revestimento 7 depositado sobre uma face 5 de forma que apenas uma das faces 5 da chapa 1 será definitivamente revestida por um revestimento 7.
[0049] O resfriamento controiado do ou de cada revestimento 7 é realizado a uma velocidade de preferência superior ou igual a 15°C/s entre o início da solidificação (isto é, quando o revestimento 7 cai precisamente sob a temperatura do líquido) e a fim de solidificação (isto é, quando o revestimento 7 atinge a temperatura do sólido). Mais preferencialmente, a velocidade de resfriamento do ou de cada revestimento 7 entre o início da solidificação e o fim de solidificação é superior ou igual a 20°C/s.
[0050] A banda assim trata pode então ser submetida a uma etapa chamada de skin-pass que permite encruá-lo e lhe conferir uma rugosidade que facilita seu acabamento (formagem) ulterior.
[0051] A banda pode eventualmente ser bobinada antes de ser enviada para uma linha de pré-laqueamento.
[0052] As superfícies externas 21 dos revestimentos 7 são eventualmente submetidas a uma etapa de desengorduramento e eventualmente a uma etapa de tratamento de superfície para aumentar aderência da pintura e a resistência à corrosão.
[0053] As eventuais etapas de desengorduramento e de tratamento de superfície podem compreender outras subetapas de enxágue, de secagem.
[0054] A pintura pode então ser realizada, por exemplo, por deposição de duas camadas de pinturas sucessivas, isto é, uma camada de primer e uma camada de acabamento, o que é geralmente o caso para realizar o filme superior 9, ou por deposição de uma camada de pintura única, o que é geralmente o caso para realizar o filme inferior 11. Outros números de camadas podem ser utilizados em certas realizações.
[0055] A deposição das camadas de pintura é realizada, por exemplo, por envernizadores por rolos.
[0056] Cada deposição de uma camada de pintura é geralmente seguida de uma etapa de cozimento em um forno.
[0057] A chapa 1 assim obtida pode ser novamente bobinada antes de ser cortada, eventualmente acabada(formada) e montada com outras chapas 1 ou outros elementos por usuários.
[0058] Foram preparadas uma amostra de chapa 1 de acordo com a presente invenção e amostras de chapas que não correspondem à presente invenção fazendo variar a temperatura de imersão Ti, tAi e tMg das amostras. As microestruturas correspondentes foram analisadas para determinar as estruturas existentes e seus teores superficiais acumulados.
* de acordo com a presente invenção
[0059] Uma amostra de chapa 1 de acordo com a presente invenção e de chapas que não correspondem à presente invenção foram submetidas a testes de delaminação para medir sua resistência à corrosão sob pintura.
[0060] Mais precisamente, os revestimentos das chapas testadas tinham espessuras de 8μm.
[0061] A composição dos revestimentos 7 das chapas 1 de acordo com a presente invenção tinha um teor tAl de 3,7% e um teor tMg de 3,0%. Como indicado sob o eixo das abscissas na figura 5, as outras composições de revestimentos testadas tinham valores de tAl de 0,3%, 1,5%, 6,0% e 11,0% e de tMg de 1,0%, 1,5%, 3,0 e 3,0%.
[0062] A microestrutura da chapa de acordo com a presente invenção era constituída unicamente de eutética ternária e foi obtida por imersão um banho de revestimento a uma temperatura Tb = 460°C, sendo que a banda apresenta uma temperatura Ti = 480°C.
[0063] Os testes de corrosão estavam de acordo com a norma VDA 621 -415 (10 ciclos).
[0064] Mais precisamente, as chapas testadas foram fosfatadas, recobertas de uma camada de cataforese e riscadas até o substrato com uma lâmina de 1 mm de largura.
[0065] As larguras máximas de delaminação Ud medidas em mm no fim dos testes corrosão para as diferentes chapas testadas estão indicadas nas ordenadas na figura 5.
[0066] Como se pode constatar, as larguras de delaminação são ótimas para a chapa de acordo com a presente invenção.
[0067] De modo inteiramente surpreendente, foi constatado que com o aumento dos teores acumulados de alumínio e de magnésio para além dos valores da presente invenção, a resistência à delaminação e, portanto, à corrosão, é deteriorada.
[0068] Os inventores acreditam que atualmente essa boa resistência à corrosão sob pintura é devida à microestrutura particular dos revestimentos 7 que permite limitar os riscos de acoplamento elétrico entre suas diferentes estruturas e a matriz lamelar 13.
[0069] Devido à presença de estruturas englobadas na matriz lamelar 13, na superfície externa 21 de cada revestimento 7, os riscos de dissolução seletiva dessas fases são, de fato, reduzidos.
[0070] Na figura 6, o potencial de corrosão em relação a um eletrodo de referência de calomelano saturado de KCI (ECS) é mostrado na abscissa e a densidade de corrente na ordenada. A curva 23 corresponde a uma composição que compreende 3,7% em massa de Al e 3,0% em massa de Mg, e o resto é Zn. Essa curva é, portanto, representativa da matriz lamelar 13.
[0071] A figura 6 mostra que o risco de acoplamento corrosivo da matriz lamelar 13 é maior com estruturas que contêm Al (curva 25), Mg (curva 27) e Zn (curva 29).
[0072] De modo geral, as chapas 1 de acordo com a presente invenção não são necessariamente comercializadas em forma pintada (chapas “pré-laqueadas”) e/ou elas podem ser revestidas de pelo menos uma camada de óleo.
Claims (13)
1. CHAPA METÁLICA (1), caracterizada por compreender um substrato (3) que possui pelo menos uma face (5) revestida por um revestimento metálico (7) que compreende de Al e Mg, e o resto do revestimento metálico (7) sendo Zn, impurezas inevitáveis e um ou mais elementos adicionais escolhidos entre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, A, Ce, Cr, ou Bi, em que teor em peso de cada elemento adicional no revestimento metálico (7) é inferior a 0,3%, o revestimento metálico (7) possui um teor em peso de alumínio tAl compreendido entre 3,6 e 3,8% e um teor em peso em magnésio tMg compreendido entre 2,7 e 3,3%, sendo que o revestimento metálico (7) possui uma microestrutura consistindo de uma matriz lamelar (13) de eutética ternária Zn/AL/MgZn2 e: - dendritas de Zn (15) com um teor superficial acumulado na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto nulo ou inferior ou igual a 5,0%, - flores de eutética binária Zn/MgZn2 (17) com um teor superficial acumulado na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto nulo ou inferior ou igual a 15,0%, - dendritas de eutética binária Zn/Al com um teor superficial acumulado na superfície externa (21) do revestimento metálico (7) no estado bruto nulo ou inferior a 1,0%, - ilhas de MgZn2 com um teor superficial acumulado na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto nulo ou inferior a 1,0%.
2. CHAPA METÁLICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor em magnésio tMg estar compreendido entre 2,9 e 3,1%.
3. CHAPA METÁLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pela relação mássica Al/(Al+Mg) ser superior ou igual a 0,45.
4. CHAPA METÁLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo teor superficial acumulado de flores de eutética binária Zn/MgZn2 (17) na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto ser inferior a 10,0%.
5. CHAPA METÁLICA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo teor superficial acumulado de flores de eutética binária Zn/MgZn2 (17) na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto ser inferior a 5,0%.
6. CHAPA METÁLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo teor superficial acumulado de flores de eutética binária Zn/MgZn2 (17) na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto ser inferior a 3,0%.
7. CHAPA METÁLICA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo teor superficial acumulado de dendritas de Zn (15) na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto ser inferior a 2,0%.
8. CHAPA METÁLICA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo o teor superficial acumulado de dendritas de Zn (15) na superfície externa (21) do revestimento (7) no estado bruto ser inferior a 1,0%.
9. CHAPA METÁLICA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pela microestrutura ser unicamente constituída de eutética ternária (13).
10. CHAPA METÁLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo revestimento metálico (7) ser recoberto de pelo menos uma camada de pintura e/ou de uma camada de óleo.
11. PROCESSO DE REALIZAÇÃO DE UMA CHAPA METÁLICA (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo processo compreender pelo menos etapas de: - fornecimento de um substrato (3) de aço, - deposição de um revestimento metálico (7) sobre pelo menos uma face (5) por imersão do substrato (3) em um banho, o qual substrato possui uma temperatura de imersão Ti na entrada no banho tal que (2,34 x tAi+ 0,655 x tMg - 10,1) x 10-6 < exp(-10584/Ti) em que Ti é expresso em graus Kelvin, e - solidificação do revestimento metálico (7).
12. PROCESSO DE REALIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela velocidade de resfriamento do revestimento (7) entre o início da solidificação e o fim de solidificação ser superior ou igual a 15°C/s.
13. PROCESSO DE REALIZAÇÃO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela velocidade de resfriamento do revestimento (7) entre o início da solidificação e o fim de solidificação ser superior ou igual a 20°C/s.
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