BR112020006128A2

BR112020006128A2 - método para a fabricação de uma chapa de aço revestida, chapa de aço, junta soldada e uso de uma chapa de aço revestida

Info

Publication number: BR112020006128A2
Application number: BR112020006128-0A
Authority: BR
Inventors: Pascal Bertho; Anirban Chakraborty; Hassan Ghassemi-Armaki; Christian Allely; Tiago Machado Amorim; Daniel Chaleix
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-09-24
Also published as: US20200340124A1; ZA202001589B; KR102206933B1; MA50447A; CN111279006A; EP3701055A1; WO2019082037A1; CA3076994A1; KR20200047728A

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de uma chapa de aço revestida.

Description

“MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO REVESTIDA, CHAPA DE AÇO, JUNTA SOLDADA E USO DE UMA CHAPA DE AÇO REVESTIDA”

[001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de uma chapa de aço revestida. A invenção é particularmente adequada para a fabricação de veículos automotores.

[002] Os revestimentos à base de zinco são geralmente utilizados porque permitem uma proteção contra a corrosão, graças à proteção de barreira e proteção catódica. O efeito barreira é obtido pela aplicação de um revestimento metálico na superfície do aço. Assim, o revestimento metálico evita o contato entre o aço e a atmosfera corrosiva. O efeito de barreira é independente da natureza do revestimento e do substrato. Pelo contrário, a proteção catódica sacrificial é baseada no fato de que o zinco é um metal menos nobre que o aço. Assim, se ocorrer corrosão, o zinco é consumido preferencialmente em relação ao aço. A proteção catódica é essencial em áreas onde o aço é diretamente exposto à atmosfera corrosiva, como bordas cortadas, onde o zinco circundante será consumido antes do aço.

[003] No entanto, quando são executadas etapas de aquecimento nessas chapas de aço revestidas de zinco, por exemplo, endurecimento por prensa quente ou soldagem, são observadas trincas no aço que se espalham a partir da interface aço/revestimento. De fato, ocasionalmente, há uma redução das propriedades mecânicas do metal devido à presença de trincas na chapa de aço revestida após a operação acima.

Essas trincas aparecem nas seguintes condições: alta temperatura; contato com um metal líquido com baixo ponto de fusão (como zinco), além da presença de tensão de tração; difusão heterogênea de metal fundido com grão de substrato e limites de grão. A designação para tal fenômeno conhecido como fragilização por metal líquido (LME), e também chamada de trinca assistida por metal líquido (LMAC).

[004] O documento US2012100391 revela um método para fabricar uma chapa de aço galvanizada por imersão a quente com boas qualidades de revestimento, adesão de revestimento e soldabilidade por ponto, o método compreendendo: - revestir uma chapa de aço de base com Ni em uma quantidade de revestimento (CNi) de 0,1 a 1,0 g/m2; - aquecer a chapa de aço revestida com Ni em uma atmosfera redutora; - resfriar a chapa de aço aquecida até a temperatura (XS) na qual a chapa de aço é alimentada em um banho de galvanização; e - alimentar e imergir da chapa de aço resfriada no banho de galvanização com uma concentração efetiva de Al (CAl) de 0,11 a 0,14% em peso e uma temperatura (Tp) de 440 a 460 ºC, em que a temperatura (XS) na qual a chapa de aço é alimentada no banho de galvanização satisfaz a seguinte relação: CNi·(XS-Tp)/2CAl = 5 a 100.

[005] Também revela uma chapa de aço galvanizada por imersão a quente, em que a fase de liga é uma fase de liga de Fe-Zn que representa 1 a 20% da área da seção transversal da camada galvanizada.

[006] No entanto, no método acima, a galvanização foi realizada em um banho que compreende de 0,11 a 0,14% em peso de banho de Al e, assim, a camada de inibição era muito fraca e formaram-se fases intermetálicas de Fe-Zn. Em escala industrial, esse método é difícil de aplicar, pois a soldabilidade por ponto depende dos parâmetros de controle, incluindo a quantidade de Ni revestido, a concentração de Al do banho de galvanização e a diferença entre a temperatura do banho de galvanização e a temperatura na qual a chapa de aço é alimentada no banho de galvanização. Além disso, a soldabilidade por ponto realizada é avaliada com base na vida útil do eletrodo,

ou seja, o número de pontos de soldagem contínuos no momento em que o diâmetro da pepita que atingiu 4√𝑡 (t: espessura da chapa de aço) foi medido.

Não há menção de uma redução da presença de trincas na chapa de aço revestida após a solda por ponto.

[007] Assim, o objetivo da invenção é fornecer uma chapa de aço revestida com um revestimento metálico que não tenha problemas de LME. Ela visa tornar disponível, em particular, um método fácil de implementar, a fim de obter uma peça que não apresenta problemas de LME após a formação e/ou a soldagem.

[008] Este objetivo é alcançado ao fornecer um método de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender quaisquer características das reivindicações 2 a 15.

[009] Outro objetivo é alcançado através do fornecimento de uma chapa de aço de acordo com a reivindicação 17. A chapa de aço também pode compreender quaisquer características das reivindicações 16 a 22.

[010] Outro objetivo é alcançado através do fornecimento de uma junta soldada por pontos de acordo com a reivindicação 24. A junta soldada por pontos também pode compreender características das reivindicações 23 a 26.

[011] Finalmente, outro objetivo é alcançado ao fornecer o uso da chapa de aço ou conjunto de acordo com a reivindicação 27.

[012] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção.

[013] A designação "aço" ou "chapa de aço" significa uma chapa de aço, uma bobina, uma placa com uma composição que permite que a peça atinja uma resistência à tração de até 2.500 MPa e mais preferencialmente até

2.000 MPa. Por exemplo, a resistência à tração é maior ou igual a 500 MPa, preferencialmente maior ou igual a 980 MPa, vantajosamente maior ou igual a

1.180 MPa e mesmo maior ou igual a 1.470 MPa.

[014] A invenção refere-se ao método para a fabricação de uma chapa de aço revestida que compreende as seguintes etapas sucessivas: A. O fornecimento de uma chapa de aço recozida com a seguinte composição química em peso: 0,10 < C < 0,40%, 1,5 < Mn < 3,0%, 0,7 < Si < 2,0%, 0,05 < Al < 1,0%, 0,75 < (Si + Al) < 3,0%, e, de maneira puramente opcional, um ou mais elementos como Nb ≤ 0,5%, B ≤ 0,005%, Cr ≤ 1,0%, Mo ≤ 0,50%, Ni ≤ 1,0%, Ti ≤ 0,5%, o restante da composição é composto de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, sendo essa chapa de aço recozida a uma temperatura entre 600 e 1.200 ºC, B. o revestimento da chapa de aço obtido na etapa A) com um primeiro revestimento que compreende níquel, sendo que tal primeiro revestimento não compreende ferro, com espessura igual ou superior a 0,5 µm e C. o revestimento da chapa de aço obtido na etapa B) com um segundo revestimento à base de zinco.

[015] Sem querer ficar vinculado a nenhuma teoria, parece que o Ni, estando presente na interface entre o aço com a composição química específica acima e o revestimento de zinco sobrejacente, impedem a penetração de zinco líquido no aço durante quaisquer etapas de aquecimento, por exemplo, uma solda. Assim, aplicando o método de acordo com a presente invenção, é possível obter uma camada de barreira ao LME.

[016] De preferência, na etapa A), a chapa de aço é recozida em um recozimento contínuo. Por exemplo, o recozimento contínuo compreende uma etapa de aquecimento, imersão e resfriamento. Pode ainda compreender uma etapa de pré-aquecimento.

[017] Vantajosamente, o tratamento térmico é realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 30% de H2 em um ponto de orvalho entre - 10 e -60 ºC. Por exemplo, a atmosfera compreende de 1 a 10% de H 2 em um ponto de orvalho entre -10ºC e -60 ºC.

[018] Na etapa B), o primeiro revestimento que compreende níquel é depositado por qualquer método de deposição conhecido pelo especialista na técnica. Pode ser depositado por deposição a vácuo ou método de eletrodeposição. De preferência, é depositado pelo método de galvanoplastia.

[019] De preferência, na etapa B), o primeiro revestimento compreende acima de 80%, mais preferencialmente acima de 90% em peso de níquel. De preferência, na etapa B), o primeiro revestimento não compreende compostos de fósforo, hidróxido de níquel ou enxofre, como sal de sulfato.

[020] Em uma realização preferida, o primeiro revestimento consiste em níquel. Nesta realização, a quantidade de níquel é > 99% em peso e de preferência é de 100%.

[021] De preferência, na etapa A), o primeiro revestimento tem uma espessura igual ou superior a 1,0 µm e vantajosamente igual ou superior a 1,6 µm. Mais preferencialmente, o primeiro revestimento tem uma espessura entre 1,8 e 7,0 µm.

[022] Vantajosamente, na etapa C), a segunda camada compreende acima de 50%, mais preferencialmente, acima de 75% de zinco e, vantajosamente, acima de 90% de zinco. De preferência, a segunda camada não compreende níquel. A segunda camada pode ser depositada por qualquer método de deposição conhecido pelo especialista na técnica. Pode ser por revestimento a quente, por deposição a vácuo ou por galvanização.

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

[024] Preferencialmente, o revestimento à base de zinco é depositado por galvanização a quente. Nesta realização, o banho derretido também pode compreender impurezas inevitáveis e elementos residuais de lingotes de alimentação ou da passagem da chapa de aço no banho derretido.

Por exemplo, as impurezas opcionalmente são escolhidas entre Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr ou Bi, sendo o teor em peso de cada elemento adicional 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 de até 5,0%, preferencialmente 3,0% em peso.

[025] Em uma realização preferida, a segunda camada consiste em zinco. Quando o revestimento é depositado por galvanização a quente, a porcentagem de alumínio é compreendida entre 0,15 e 0,40% no banho.

[026] Com o método de acordo com a presente invenção, é obtida uma chapa de aço revestida com um primeiro revestimento que compreende níquel e com espessura igual ou superior a 0,5 µm, sendo esse revestimento coberto diretamente por uma camada à base de zinco. Acredita- se que o primeiro revestimento atue como uma camada de barreira para a LME e evite que o metal líquido penetre no interior do aço.

[027] De preferência, a chapa de aço possui 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,

cimentita e perlita. Nesse caso, a martensita pode ser temperada ou não temperada.

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

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

[030] Vantajosamente, a chapa de aço tem uma microestrutura que compreende de 10 a 40% de bainita, tal 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.

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

[032] Preferencialmente, a chapa de aço possui uma microestrutura que compreende de 1 a 15% de martensita não temperada.

[033] Após a fabricação de uma chapa de aço, a fim de produzir algumas partes de um veículo, é conhecida a montagem que solda duas chapas de metal. Assim, uma junta soldada por pontos é formada durante a soldagem de pelo menos duas chapas de metal, sendo o dito ponto o elo entre as pelo menos duas chapas de metal.

[034] Para produzir uma junta soldada por pontos de acordo com a invenção, a soldagem é realizada com uma intensidade efetiva entre 3 kA e 15 kA e a força aplicada nos eletrodos é entre 150 e 850 daN com o dito diâmetro ativo da face do eletrodo entre 4 e 10 mm.

[035] Assim, é obtida uma junta soldada por pontos de pelo menos duas chapas de metal que compreende a chapa de aço revestida de acordo com a presente invenção, sendo que a dita junta contém menos de 3 trincas com um tamanho acima de 100 µm e em que a trinca mais longa tem um comprimento abaixo de 300 µm. De preferência, a segunda chapa metálica é uma chapa de aço ou uma chapa de alumínio. Mais preferencialmente, a segunda chapa metálica é uma chapa de aço de acordo com a presente invenção.

[036] Em outra realização, a junta soldada por pontos 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.

[037] A chapa de aço ou a junta soldada por pontos de acordo com a presente invenção pode ser usada para a fabricação de peças para veículos automotores.

[038] A invenção será agora explicada em ensaios realizados apenas para informação. Eles não são limitativos.

EXEMPLO

[039] Para todas as amostras, as chapas de aço utilizadas têm a seguinte composição em porcentagem, em peso: C = 0,37% em peso, Mn = 1,9% em peso, Si = 1,9% em peso, Cr = 0,35% em peso, Al = 0,05% em peso % e Mo = 0,1% em peso.

[040] Os ensaios 1 a 4 foram preparados realizando um recozimento em um recozimento contínuo em uma atmosfera que compreende 5% de H2 e 95% de N2 em um ponto de orvalho de -60 ºC. As chapas de aço foram aquecidas a uma temperatura de 900 ºC. Em seguida, os ensaios 1 a 4 foram revestidos com diferentes espessuras de revestimento de níquel depositadas pelo método de galvanoplastia. Finalmente, um revestimento de zinco foi depositado pelo método de eletrogalvanização.

[041] O ensaio 5 foi preparado depositando um revestimento de zinco pelo método de eletrogalvanização após o recozimento contínuo da chapa de aço sob atmosfera semelhante.

[042] A resistência ao LME das amostras de teste acima foi avaliada pelo método de soldagem por pontos de resistência. Para esse fim, para cada prova, duas chapas de aço revestidas foram soldadas por solda por ponto de resistência. O tipo do eletrodo era ISO Tipo B, com diâmetro de 16mm; a força do eletrodo era de 5kN e a vazão da água era de 1,5 g/min. Os detalhes do ciclo de soldagem foram relatados na Tabela 1.

TABELA 1. RELAÇÃO DE SOLDAGEM Tempo de Tempo de Tempo de Pulsos Pulso (ci) resfriamento solda espera (ci) (ci) Ciclo 2 12 2 10

[043] O número de trincas acima de 100 µm foi então avaliado usando um microscópio óptico, bem como SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura), como mostrado na Tabela 2.

TABELA 2. DETALHES DE TRINCA LME APÓS A SOLDAGEM POR PONTO (CONDIÇÃO DE EMPILHAMENTO DE 2 CAMADAS) Número Comprime a a de trincas 1 Espessura 2 Espessura nto Ensaios (> 100µm) camada (µm) camada (µm) máximo da por solda trinca por ponto Ensaio 1* Ni 1,5 Zn (EG) 7 1 250 Ensaio 2* Ni 2,0 Zn (EG) 7 0 150 Ensaio 3* Ni 3,5 Zn (EG) 7 0 0 Ensaio 4* Ni 6,4 Zn (EG) 7 0 0 Ensaio 5 - - Zn (EG) 7 3 760 *: de acordo com a presente invenção.

[044] Os ensaios de acordo com a presente invenção mostram uma excelente resistência ao LME em comparação com o ensaio 5. De fato, o número de trincas dos ensaios de acordo com a presente invenção é muito baixo, mesmo inexistente, em comparação com o ensaio 5.

[045] Para cada ensaio, três chapas de aço revestidas também foram soldadas por solda por ponto de resistência. O número de fissuras acima de 100 µm foi então avaliado usando um microscópio óptico, bem como SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura), como mostrado na Tabela 3.

TABELA 3. DETALHES DE TRINCA LME APÓS A SOLDAGEM POR PONTO (CONDIÇÃO DE EMPILHAMENTO DE 3 CAMADAS) Número de trincas Comprimento máximo da trinca Ensaios (> 100 µm) por solda por ponto (μm) Ensaio 1* 2 250 Ensaio 2* 2 300 Ensaio 3* 0 250 Ensaio 4* 0 150 Ensaio 5 7 850 *: de acordo com a presente invenção.

[046] Os ensaios de acordo com a presente invenção mostram uma excelente resistência ao LME em comparação com o ensaio 5.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO REVESTIDA caracterizado por compreender as seguintes etapas sucessivas: A. O fornecimento de uma chapa de aço recozida com a seguinte composição química em peso: 0,10 < C < 0,40%, 1,5 < Mn < 3,0%, 0,7 < Si < 2,0%, 0,05 < Al < 1,0%, 0,75 < (Si + Al) < 3,0%, e, de maneira puramente opcional, um ou mais elementos como Nb ≤ 0,5%, B ≤ 0,005%, Cr ≤ 1,0%, Mo ≤ 0,50%, Ni ≤ 1,0%, Ti ≤ 0,5%, o restante da composição é composto de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, sendo essa chapa de aço recozida a uma temperatura entre 600 e 1.200 ºC, B. o revestimento da chapa de aço obtido na etapa A) com um primeiro revestimento que compreende níquel, sendo que tal primeiro revestimento não compreende ferro, com espessura igual ou superior a 0,5 µm e C. o revestimento da chapa de aço obtido na etapa B) com um segundo revestimento à base de zinco.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa A) a chapa de aço ser recozida em um recozimento contínuo.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pela etapa A) o recozimento ser realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 30% de H2 em um ponto de orvalho entre -10 e -60 ºC.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento compreender acima de 80% em peso de níquel.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento compreender acima de 90% em peso de níquel.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento consistir em níquel.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento não compreender o composto de fósforo, hidróxido de níquel ou enxofre.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento ter uma espessura igual ou superior a 1,0 µm.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento ter uma espessura igual ou superior a 1,6 µm.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, na etapa B), o primeiro revestimento ter uma espessura entre 1,8 e 7,0 µm.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 50% de zinco.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 75% de zinco.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 90% de zinco.

14. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada não compreender níquel.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 14, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada consistir em zinco.

16. CHAPA DE AÇO, que pode ser obtida a partir do método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada por ser revestida com um primeiro revestimento que compreende níquel e com uma espessura igual ou superior a 0,5 µm, sendo o primeiro revestimento coberto diretamente por uma camada à base de zinco.

17. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pela microestrutura de aço compreender 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.

18. CHAPA DE AÇO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pela microestrutura compreender de 5 a 25% de austenita residual.

19. CHAPA DE AÇO, de acordo com as reivindicações 17 ou 18, caracterizada pela microestrutura compreender de 1 a 60% de martensita temperada.

20. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizada pela microestrutura compreender de 10 a 40% de bainita.

21. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizada pela microestrutura compreender de 1 a 25% de ferrita.

22. CHAPA DE AÇO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizada pela microestrutura compreender de 1 a 15% de martensita não temperada.

23. JUNTA SOLDADA por pontos de pelo menos duas chapas metálicas caracterizada por compreende pelo menos uma chapa de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 28, ou obtida pelo método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, sendo que a dita junta contém menos de 3 trincas com um tamanho acima 100 µm e em que a fissura mais longa tem um comprimento abaixo de 300 µm.

24. JUNTA SOLDADA por pontos, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pela segunda chapa metálica ser uma chapa de aço ou uma chapa de alumínio.

25. JUNTA SOLDADA por pontos, de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pela segunda chapa metálica ser uma chapa de aço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 22 ou pode ser obtida pelo método, de acordo com as reivindicações 1 a 15.

26. JUNTA SOLDADA por pontos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizada por compreender uma terceira chapa metálica que é uma chapa de aço ou uma folha de alumínio.

27. USO DE UMA CHAPA DE AÇO REVESTIDA, de acordo com as reivindicações 16 a 22, ou de um ponto de solda por pontos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado por ser para a fabricação de peça para veículos automotores.