BR112019021226B1

BR112019021226B1 - Método para a fabricação de chapa de aço galvanizada e recozida

Info

Publication number: BR112019021226B1
Application number: BR112019021226-4A
Authority: BR
Inventors: Christian Allely; Pascal Bertho; Anirban Chakraborty; Hassan Ghassemi-Armaki
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2023-05-02
Also published as: PL3619040T3; WO2018203126A1; MX2019013153A; BR112019021226A2; US20200123674A1; EP3619040B1; JP2020521041A; CA3059297A1; ES2911187T3; US20230241865A1; CA3059297C; JP2022091820A; ZA201906479B; KR20190126441A; HUE059412T2; MA49080A; KR20200108102A; UA123755C2; EP3619040A1; CN110573335B

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de chapa de aço galvanizada e recozida.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de chapa de aço galvanizada e recozida. A invenção é particularmente bem adequada para a fabricação de veículos automotivos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os revestimentos à base de zinco geralmente são usados porque eles permitem uma proteção contra corrosão, graças à proteção por barreira e proteção catódica. O efeito de barreira é obtido pela aplicação de um revestimento metálico ou não metálico na superfície do aço. Dessa forma, o revestimento evita o contato entre o aço e a atmosfera corrosiva. O efeito de barreira é independente da natureza do revestimento e do substrato. Ao contrário, a proteção catódica sacrificial baseia-se no fato de que o zinco é um metal ativo em comparação ao aço de acordo com a série EMF. Dessa forma, se ocorrer corrosão, o zinco é consumido preferencialmente em comparação ao aço. A proteção catódica é essencial em áreas onde o aço está diretamente exposto à atmosfera corrosiva, como bordas cortadas onde o zinco circundante se consome antes do aço.

[003] No entanto, quando são realizadas etapas de aquecimento em chapas de aço revestidas de zinco como, por exemplo, durante o endurecimento por pressão a quente ou soldagem a ponto por resistência, são observadas trincas no aço que iniciam a partir da interface aço/revestimento. De fato, ocasionalmente, há uma redução das propriedades mecânicas devido à presença de trincas na chapa de aço revestida após a operação acima. Estas trincas aparecem com as seguintes condições: alta temperatura acima do ponto de fusão de materiais de revestimento; contato com um metal líquido que tem um baixo ponto de fusão (como zinco) além disso, a presença de estresse à tração; difusão e umedecimento de metal fundido com grão de aço do substrato e limites de grão. A designação para esse fenômeno é conhecida como fragilização por metal líquido (LME), também chamado de rachaduras assistidas por metal líquido (LMAC).

[004] A patente US 2016/0319415 divulga uma chapa de aço galvanizada por imersão a quente que tem excelente resistência à rachadura devido à fragilização por metal líquido, compreendendo: - uma chapa de aço base que tem uma microestrutura em que uma fração de austenita é 90% da área ou mais; e - uma camada de galvanização por imersão a quente formada sobre a chapa de aço base,

[005] em que a camada de galvanização por imersão a quente inclui uma camada de liga Fe-Zn e uma camada de Zn formada sobre a camada de liga Fe-Zn, e a camada de liga Fe-Zn tem uma espessura de [(3,4*t)/6] μm ou mais, onde t é a espessura da camada de galvanização por imersão a quente.

[006] Nesta patente, é mencionado que a ocorrência de rachaduras causadas por LME podem ser evitadas suprimindo a formação de um óxido de superfície usado para suprimir a difusão de ferro (Fe) e uma camada de liga Fe-Al ou Fe-Al-Zn, e formando uma camada de liga Fe-Zn que tem uma espessura suficiente na camada de galvanização por imersão a quente.

[007] Para assegurar a aderência do revestimento, é preferencial que a camada de liga Fe-Ni seja ainda incluída diretamente abaixo de uma superfície da chapa de aço base. Mais particularmente, a camada de liga Fe-Ni pode assegurar uma excelente aderência do revestimento como MnO ou similares existentes como um óxido interno suprimindo a formação de um óxido de superfície como MnO ou similares, como um elemento oxidante como Mn ou similar é enriquecido sobre uma superfície da camada de liga Fe-Ni, na forma de aço TWIP. Para assegurar o efeito acima, a camada de liga Fe-Ni pode ser formada devido a camada de revestimento de 300 mg/m2 a 1000 mg/m2 de Ni. No entanto, este pedido de patente divulga uma solução somente dedicada a aços TWIP.

[008] O pedido de patente US 2012100391 divulga um método para fabricar uma chapa de aço galvanizada por imersão a quente que tem excelentes qualidades de revestimento, aderência de revestimento e soldabilidade por ponto, o método compreendendo: - revestir uma chapa de aço base com Ni em uma quantidade de revestimento (CNi) de 0,1 a 1,0 g/m2, isto é, ao redor de 11 a 112 nm; - aquecer a chapa de aço revestida com Ni em uma atmosfera redutora; - resfriar a chapa de aço aquecido à temperatura (XS), na qual a chapa de aço é alimentada para dentro de um banho de galvanização; e - alimentar e imergir a chapa de aço resfriada no banho de galvanização tendo uma concentração de Al (CAl) efetiva de 0,11 a 0,14%, em peso, e uma temperatura (Tp) de 440 a 460°C, em que a temperatura (XS) na qual a chapa de aço é alimentado para dentro do banho de galvanização satisfaz a seguinte relação: CNi-(XS-TP)/2CAl = 5-100.

[009] O pedido de patente também divulga uma chapa de aço galvanizada por imersão a quente, em que uma fase de liga Fe-Ni-Zn que considera que 1 a 20% da área de seção transversal da camada galvanizada seja formada na interface entre a chapa de aço base e a camada galvanizada.

[0010] Menciona-se que no caso de uma chapa de aço galvanizada de alta resistência obtida por revestimento de zinco ou uma camada de Ni revestida sobre uma chapa de aço base, se a fração da área coberta pela fase de liga Fe-Ni-Zn formada na interface entre a chapa de aço base e a camada galvanizada é controlada em um nível específico, as qualidades de revestimento da chapa de aço serão reduzidas, e a camada galvanizada será impedida de ser esfoliada durante um processo de formação, sugerindo que a aderência de revestimento da chapa de aço será aprimorada. Além disso, em um processo de soldagem a ponto durante o qual uma corrente elétrica é aplicada a partir de um eletrodo através da camada de liga Fe-Ni para a chapa de aço base, o Fe será difundido instantaneamente da chapa de aço para formar uma fase de liga Fe- Ni-Zn, de modo que a formação de liga entre o eletrodo e a camada galvanizada será atrasada, aumentando assim a vida útil do eletrodo de soldagem.

[0011] No entanto, embora o processo de soldagem a ponto seja aprimorado, nenhum aprimoramento de LME é mencionado.

[0012] Devido à presença de várias vantagens, o revestimento galvanizado e recozido é aplicado sobre o aço. No entanto, durante o endurecimento por pressão a quente ou soldagem a ponto por resistência acima, a chapa de aço revestida galvanizada e recozida mostra trincas por LME.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0013] Dessa forma, o objetivo da invenção é fornecer uma chapa de aço galvanizada e recozida que não tem problemas de LME. Seu objetivo é disponibilizar, em particular, um método fácil de se implementar, a fim de se obter um conjunto que não tem problemas de LME após formação de pressão a quente e/ou soldagem.

[0014] Este objetivo é obtido fornecendo um método de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender quaisquer características das reivindicações 2 a 12.

[0015] Outro objetivo é obtido fornecendo uma chapa de aço galvanizada e recozida de acordo com a reivindicação 13.

[0016] Outro objetivo é obtido fornecendo uma junta soldada a ponto de acordo com a reivindicação 15. A junta soldada a ponto também pode compreender características das reivindicações 14 a 17.

[0017] Por último, outro objetivo é obtido fornecendo o uso da chapa de aço ou do conjunto de acordo com a reivindicação 18.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0018] Outras características e vantagens da invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.

[0019] A designação “aço” ou “chapa de aço” significa uma chapa de aço, uma bobina, uma placa que tem uma composição que permite que a peça obtenha uma resistência à tração até 2500 MPa e mais preferencialmente até 2000 MPa. Por exemplo, a resistência à tração é superior ou igual a 500 MPa, preferencialmente acima ou igual a 980 MPa, vantajosamente, superior ou igual a 1180 MPa e até acima ou igual a 1470 MPa.

[0020] A invenção refere-se a um método para a fabricação de uma chapa de aço galvanizada e recozida que compreende as seguintes etapas sucessivas: A. o revestimento da chapa de aço com um primeiro revestimento que consiste em níquel e que tem uma espessura entre 150 nm e 650 nm, a dita chapa de aço tendo a seguinte composição em porcentagem, em peso: 0,10 < C < 0,40%, 1.5 < Mn < 3,0%, 0,7 < Si < 3,0%, 0,05 < Al < 1,0%, 0,75 < (Si+Al) < 3,0%, e em uma base puramente facultativa, um ou mais elementos como Nb < 0,5 %, B < 0,010%, Cr < 1,0%, Mo < 0,50%, Ni < 1,0%, Ti < 0,5%, o restante da composição composta de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, B. o recozimento da dita chapa de aço revestida a uma temperatura entre 600 a 1200°C, C. o revestimento da chapa de aço obtido na etapa B) com um segundo revestimento à base de zinco e D. um tratamento térmico de formação de liga para formar uma chapa de aço galvanizada e recozida.

[0021] Sem querer se ater a qualquer teoria, parece que durante o tratamento térmico na etapa B), Ni tendo a espessura específica se difunde em direção da chapa de aço tendo a composição específica de aço acima que permite uma camada de liga Fe-Ni. Por outro lado, uma certa quantidade de Ni ainda está presente na interface entre o aço e o revestimento que previne a penetração de zinco líquido ou liga de zinco no aço durante qualquer etapa de aquecimento sendo, por exemplo, uma soldagem. Além disso, durante o tratamento de formação de liga, isto é, etapa D), o Ni também se difunde no revestimento sobrejacente e, dessa forma, evitando LME.

[0022] O primeiro revestimento consistindo em níquel é depositado por qualquer método de deposição conhecido pelo técnico no assunto. Ele pode ser depositado por deposição a vácuo ou método de galvanoplastia. Preferencialmente, ele é depositado pelo método de galvanoplastia.

[0023] Opcionalmente, o primeiro revestimento pode compreender impurezas escolhidas dentre: Fe, Cu, Mn, Si, Al e P. Por exemplo, a quantidade de impurezas está abaixo de 5%, preferencialmente abaixo de 3%, e mais preferencialmente abaixo de 1%.

[0024] O primeiro revestimento consistindo em níquel tem uma espessura entre 150 nm e 650 nm, preferencialmente entre 200 e 500 nm, mais preferencialmente entre 250 e 450 nm, vantajosamente entre 300 e 450 nm e, por exemplo, entre 350 e 450 nm. Por exemplo, o primeiro revestimento consistindo em níquel tem uma espessura entre 250 e 650 nm. De fato, sem querer se ater a qualquer teoria, os inventores surpreendentemente descobriram que há um ideal sobre a espessura do primeiro revestimento em que a redução de LME é altamente aprimorada. Acredita-se que esta espessura ideal permite uma redução da corrente de soldagem e, portanto, da quantidade de entrada de calor durante a soldagem a ponto. Consequentemente, é obtida uma redução significativa do número de formação de trincas devido a LME.

[0025] Vantajosamente, na etapa B), o tratamento térmico é um recozimento contínuo. Por exemplo, o recozimento contínuo compreende um aquecimento, uma imersão e uma etapa de resfriamento. Ele ainda pode compreender uma etapa de pré-aquecimento.

[0026] Preferencialmente, o tratamento térmico é realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -60 e -30°C. Por exemplo, a atmosfera compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -40°C e -60°C.

[0027] Em outra realização preferencial, na etapa B), o tratamento térmico é realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -30 e +30°C. Por exemplo, a atmosfera compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -0°C e +20°C.

[0028] Preferencialmente, na etapa C), a segunda camada compreende acima de 50% de zinco, mais preferencialmente acima de 75% de zinco e vantajosamente acima de 90% de zinco. A segunda camada pode ser depositada por qualquer método de deposição conhecido pelo técnico no assunto. Ela pode ser feita pelo método de imersão a quente, por deposição a vácuo ou por processo de eletrogalvanização.

[0029] Por exemplo, o revestimento à base de zinco compreende de 0,01 a 8,0% de Al, opcionalmente 0,2 a 8,0% de Mg, o restante sendo Zn.

[0030] Em outra realização preferencial, a segunda camada consiste em zinco. Quando o revestimento é depositado por galvanização por imersão a quente, a porcentagem de alumínio está compreendida entre 0,10 e 0,18%, em peso, no banho.

[0031] Preferencialmente, o revestimento à base de zinco é depositado pelo método de galvanização por imersão a quente. Nesta realização, o banho fundido também pode compreender impurezas inevitáveis e elementos residuais dos lingotes de alimentação ou da passagem da chapa de aço no banho fundido. Por exemplo, as impurezas são opcionalmente escolhidas a partir de Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr ou Bi, o teor, em peso, de cada elemento adicional sendo inferior a 0,3%, em peso. Os elementos residuais dos lingotes de alimentação ou da passagem da chapa de aço no banho fundido podem ser de ferro com um teor até 0,1% em peso.

[0032] Vantajosamente, na etapa C), a segunda camada não compreende níquel.

[0033] Preferencialmente, na etapa D), o tratamento térmico de formação de liga é realizado por aquecimento da chapa de aço revestida obtida na etapa C) a uma temperatura entre 470 e 550°C durante, por exemplo, 5 a 50 segundos. Por exemplo, a etapa D é realizada a 520°C por 20 segundos.

[0034] Com o método de acordo com a presente invenção, é obtida uma chapa de aço galvanizada e recozida revestida com uma primeira camada compreendendo níquel diretamente coberto por uma segunda camada a base de zinco, a primeira e segunda camadas sendo em liga por meio de difusão de modo que a segunda camada de liga compreendendo de 8 a 50%, em peso, de ferro, de 0 a 25%, em peso, de níquel, o equilíbrio sendo zinco. Preferencialmente, a chapa de aço galvanizada e recozida é revestida com uma primeira camada compreendendo níquel diretamente coberta por uma segunda camada a base de zinco, a primeira e segunda camadas sendo em liga por meio de difusão de modo que a segunda camada de liga compreendendo de 12 a 50%, em peso, de ferro, de 1 a 25%, em peso, de níquel, o equilíbrio sendo zinco. Vantajosamente, a chapa de aço galvanizada e recozida é revestida com uma primeira camada compreendendo níquel diretamente coberta por uma segunda camada a base de zinco, a primeira e segunda camadas sendo em liga por meio de difusão de modo que a segunda camada de liga compreendendo de 13 a 50%, em peso, de ferro, de 1 a 25%, em peso, de níquel, o equilíbrio sendo zinco.

[0035] Preferencialmente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 1 a 50% de austenita residual, de 1 a 60% de martensita e, opcionalmente, pelo menos um elemento escolhido dentre: bainita, ferrita, cementita e perlita.

[0036] Em uma realização preferencial, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 5 a 25% de austenita residual.

[0037] Preferencialmente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 1 a 60%, e mais preferencialmente entre 10 a 60% de martensita temperada.

[0038] Vantajosamente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 10 a 40% de bainita, essa bainita compreendendo de 10 a 20% de bainita inferior, de 0 a 15% de bainita superior e de 0 a 5% de bainita livre de carboneto.

[0039] Preferencialmente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 1 a 25% de ferrita.

[0040] Preferencialmente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 5 a 15% de martensita não temperada.

[0041] Após a fabricação de uma chapa de aço, para produzir algumas peças de um veículo, é conhecido o processo de montagem por soldagem a ponto de duas chapas de metal.

[0042] Para produzir uma junta soldada a ponto de acordo com a invenção, a soldagem é realizada com uma intensidade efetiva entre 3 kA e 15 kA e a força aplicada sobre os eletrodos é entre 150 e 850 daN, com o dito diâmetro de face ativa do eletrodo sendo entre 4 e 10 mm.

[0043] Desta forma, é obtida uma junta soldada a ponto de pelo menos duas chapas de metal, que compreende a chapa de aço revestida de acordo com a presente invenção, essa dita junta contendo menos de 3 trincas tendo um tamanho acima de 100 μm e em que a trinca mais longa tem um comprimento abaixo de 300 μm.

[0044] Preferencialmente, a segunda chapa de metal é uma chapa de aço ou uma chapa de alumínio. Mais preferencialmente, a segunda chapa de metal é uma chapa de aço de acordo com a presente invenção.

[0045] Em outra realização, a junta soldada a ponto compreende uma terceira chapa de metal sendo uma chapa de aço ou uma chapa de alumínio. Por exemplo, a terceira chapa de metal é uma chapa de aço de acordo com a presente invenção.

[0046] A chapa de aço ou a junta soldada a ponto de acordo com a presente invenção pode ser usada para a fabricação de peças para veículo automotivo.

[0047] A invenção será agora explicada nos testes realizados apenas para informação. Eles não são limitantes.

EXEMPLO

[0048] Para todas as amostras, as chapas de aço usadas têm a seguinte composição em porcentagem, em peso: C = 0,37%, Mn = 1,95%, Si = 1,95%, Cr = 0,35% e Mo = 0,12%.

[0049] No Teste 1, o aço foi recozido em uma atmosfera compreendendo 5% de H2 e 95% de N2 em um ponto de condensação de - 45°C. O recozimento foi realizado a 900°C por 132 segundos. Após o recozimento, a chapa de aço foi resfriada à temperatura ambiente. Na chapa de aço recozida, o revestimento de zinco foi aplicado pelo método de galvanização.

[0050] Nos testes 2 a 5, o Ni foi inicialmente depositado pelo método de galvanoplastia tendo espessura de 150, 400, 650 e 900 nm, respectivamente, em chapas de aço completamente rígidas antes do recozimento. Depois disso, as chapas de aço pré-revestidas foram recozidas em uma atmosfera compreendendo 5% de H2 e 95% de N2 em um ponto de condensação de -45°C. O recozimento foi realizado a 900°C por 132 segundos. No final do recozimento, as chapas de aço foram resfriadas para suprimir a temperatura de 210°C e novamente aquecidas em temperatura de particionamento de 410°C. O particionamento foi realizado por 88s e, em seguida, novamente aquecido à temperatura de galvanização de 460°C, e o revestimento de zinco foi aplicado pelo método de revestimento por imersão a quente usando um banho de zinco líquido contendo 0,12%, em peso. Al mantido a 460°C. Logo após a galvanização, um tratamento térmico de formação de liga foi realizado a 520°C por 20 segundos.

[0051]A suscetibilidade do LME de aço revestido acima foi avaliada pelo método de soldagem a ponto por resistência. Para este fim, para cada Teste, duas chapas de aço revestidas foram soldadas em conjunto por soldagem a ponto por resistência. O tipo do eletrodo foi ISO Tipo B com um diâmetro de 16 mm; a força do eletrodo foi de 5 kN e a taxa de fluxo de água foi de 1,5 g/min, o ciclo de soldagem foi relatado na Tabela 1 . TABELA 1 PROGRAMAÇÃO DE SOLDAGEM

[0052] O comportamento de resistência à trinca por LME também foi avaliado com o uso da condição de empilha de 3 camadas. Para cada Teste, três chapas de aço revestidas foram soldadas em conjunto por soldagem a ponto por resistência. O número de rachaduras de 100 μm foi então avaliado com o uso de um microscópio óptico, conforme relatado na Tabela 2. TABELA 2 DETALHES DE TRINCA POR LME APÓS SOLDAGEM A PONTO (CONDIÇÃO DE EMPILHAMENTO DE 3 CAMADAS)

*: de acordo com a presente invenção.

[0053] Os testes 2, 3 e 4 de acordo com a presente invenção mostram uma excelente resistência ao LME conforme comparado aos Testes 1 e 5. De fato, o número de rachaduras acima de 100 μm é menor que 3 e a rachadura mais longa tem um comprimento abaixo de 300 μm. Além disso, os Testes 2 a 4 que têm uma ótima espessura de revestimento de Ni reduzem a corrente de solda. Isto resulta em uma redução da quantidade de entrada de calor durante a soldagem a ponto e, assim, provoca uma redução significativa do número de formação de rachaduras devido a LME.

Claims

1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO GALVANIZADA E RECOZIDA, caracterizado por compreender as seguintes etapas sucessivas: A) o revestimento da chapa de aço, por deposição a vácuo ou método de galvanoplastia com um primeiro revestimento que consiste em níquel e que tem uma espessura entre 150 nm e 650 nm, a chapa de aço tendo a seguinte composição em porcentagem, em peso: 0,10 < C < 0,40%, 1,5 < Mn < 3,0%, 0,7 < Si < 3,0%, 0,05 < Al < 1,0%, 0,75 < (Si+Al) < 3,0%, e em uma base facultativa, um ou mais elementos como Nb < 0,5 %, B < 0,010%, Cr < 1,0%, Mo < 0,50%, Ni < 1,0%, Ti < 0,5%, o restante da composição composta de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, B) o recozimento da chapa de aço revestida sendo recozida a uma temperatura entre 600 a 1200°C em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 e um ponto de condensação entre -60 e -30°C; C) o revestimento da chapa de aço obtido na etapa B) em método por imersão, por deposição a vácuo ou método de galvanoplastia, com um segundo revestimento à base de zinco, compreendendo acima de 50% de zinco; e D) um tratamento térmico de formação de liga para formar uma chapa de aço galvanizada e recozida, em uma temperatura entre 470 e 550°C durante 5 a 50 segundos.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento ter uma espessura entre 200 e 500 nm.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento ter uma espessura entre 250 e 450 nm.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por, na etapa B), o tratamento térmico ser um recozimento contínuo.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por, na etapa B), o tratamento térmico ser realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -60 e -30°C.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por, na etapa B), o tratamento térmico ser realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 em um ponto de condensação entre -30 e +30°C.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, na etapa C), o segundo revestimento compreender acima de 75% de zinco.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, na etapa C), o segundo revestimento compreender acima de 90% de zinco.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo segundo revestimento não compreender níquel.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por, na etapa C), o segundo revestimento consistir em zinco.