BR112020006461B1 - Método para a fabricação de uma chapa de aço galvanizada e recozida - Google Patents

Abstract

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

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de uma 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 permitem uma proteção contra a corrosão, graças à barreira de proteção e proteção catódica. O efeito de barreira é obtido pela aplicação do revestimento metálico na superfície do aço. Assim, o revestimento metálico impede o contato entre aço e atmosfera corrosiva. O efeito de barreira é independente da natureza do revestimento e o substrato. Pelo contrário, a proteção catódica sacrificial é baseada no fato de que o zinco é um metal menos nobre do que o aço. Assim, se a corrosão ocorre, o zinco é consumido preferencialmente em comparação com o aço. A proteção catódica é essencial em áreas em que o aço é diretamente exposto à atmosfera corrosiva, como bordas cortadas em que o aço ao redor do zinco será consumido antes do aço.

[003] No entanto, quando são realizadas etapas de aquecimento nessas chapas de aço revestidas de zinco, por exemplo, endurecimento ou soldagem, são observados nas 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 com as seguintes condições: alta temperatura; contato com metal líquido com um baixo ponto de fusão (como zinco), além da presença de tração; difusão heterogênea de metal fundido em grãos de substrato e limites de grãos. A designação para esse fenômeno é conhecida como fragilização por metal líquido (LME), também chamando de trincamento associado por metais líquidos (LMAC).

[004] Às vezes, as chapas de aço revestidas de zinco são ligadas a alta temperatura a fim de obter uma chapa de aço galvanizada e recozida. Essa chapa de aço é mais resistente à LME do que uma chapa de aço revestida de zinco porque é formada uma liga que compreende Fe e Zn, que têm um ponto de fusão mais alto e forma menos líquido durante a soldagem por ponto em comparação ao zinco puro.

[005] No entanto, embora as chapas de aço galvanizadas e recozidas sejam mais resistentes à LME, quando as etapas de aquecimento são realizadas, algumas trincas podem aparecer porque a resistência à LME não é suficiente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Assim, o objetivo da invenção é fornecer uma chapa de aço galvanizada e recozida que não tenha problemas de LME. Ele visa disponibilizar, em particular, um método fácil de implementar, a fim de obter uma montagem que não tenha problemas de LME após a formação e/ou a soldagem.

[007] Esse objetivo é alcançado ao fornecer um método de acordo com a reivindicação 1. O método também pode compreender quaisquer características das reivindicações 2 a 18.

[008] Um outro objetivo é alcançado ao fornecer uma chapa de aço de acordo com a reivindicação 19. A chapa de aço também pode compreender quaisquer características das reivindicações 20 a 26.

[009] Um outro objetivo é alcançado ao fornecer uma junta soldada por pontos de acordo com a reivindicação 27. A junta soldada por pontos também pode compreender características de reivindicação de acordo com a reivindicação 30.

[010] Finalmente, um outro objetivo é alcançado ao fornecer o uso da chapa de aço ou a montagem de acordo com a reivindicação 31.

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

DESCRICÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[012] 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 atinja uma resistência à tração de até 2.500 MPa e, mais preferencialmente, de até 2.000 MPa. Por exemplo, a resistência à tração é acima ou igual a 500 MPa, preferencialmente acima ou igual a 980 MPa, vantajosamente acima ou igual a 1.180 MPa e mesmo acima ou igual 1.470 MPa.

[013] A invenção se refere a um método para a fabricação de uma chapa de aço galvanizada e recozida que compreende as seguintes etapas: o fornecimento de uma chapa de aço pré-revestida revestida com um primeiro revestimento que compreende ferro e níquel, como chapa de aço que tem a seguinte composição química em porcentagem 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 em uma base 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%, sendo o restante da composição composto de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, A. o tratamento térmico dessa chapa de aço pré-revestida a uma temperatura entre 600 a 1.000 °C, B. o revestimento por imersão a quente da chapa de aço obtida na etapa B) com um segundo revestimento à base de zinco e C. um tratamento de liga para formar uma chapa de aço galvanizada e recozida.

[014] Sem querer se comprometer com qualquer teoria, parece que durante o tratamento térmico, por um lado, o Ni difunde-se em direção à chapa de aço permitindo uma camada de liga de Fe-Ni. Por outro lado, uma certa quantidade de Ni ainda está presente na interface entre o aço e a interface de revestimento que impede a penetração do zinco líquido no aço durante quaisquer etapas de aquecimento, por exemplo, uma soldagem. Além disso, a presença de ferro no primeiro revestimento permite a formação do Fe- Zn durante a etapa D).

[015] O primeiro revestimento que compreende ferro e níquel é depositado por qualquer método de deposição conhecido pelo técnico no assunto. Pode ser depositado por deposição a vácuo ou método de eletrogalvanização. Preferencialmente, é depositado por método de eletrogalvanização.

[016] Preferencialmente, na etapa A), o primeiro revestimento compreende de 10% a 75%, mais preferencialmente, entre 25 a 65% e vantajosamente entre 40 a 60% em peso de ferro.

[017] Preferencialmente, na etapa A), o primeiro revestimento compreende de 25,0 a 90%, preferencialmente de 35 a 75% e vantajosamente de 40 a 60% em peso de níquel.

[018] Em uma realização preferida, na etapa A), o primeiro revestimento consiste em ferro e níquel.

[019] Preferencialmente, na etapa A), o primeiro revestimento tem uma espessura igual ou acima de 0,5 μm. Mais preferencialmente, o primeiro revestimento tem uma espessura entre 0,8 e 5,0 μm e vantajosamente entre 1,0 e 2,0 μm.

[020] Preferencialmente, na etapa B), o tratamento térmico é um recozimento contínuo. Por exemplo, o recozimento contínuo compreende uma etapa de aquecimento, uma imersão e um resfriamento. Pode compreender adicionalmente uma etapa de pré-aquecimento.

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

[022] Vantajosamente, na etapa C), a segunda camada compreende acima de 70%, mais preferencialmente, acima de 80% de zinco e vantajosamente acima de 85% de zinco.

[023] Por exemplo, o revestimento à base de zinco compreende entre 0,01 e 0,18% em peso de Al, opcionalmente 0,2 a 8,0% Mg, o restante de Zn.

[024] Preferencialmente, o revestimento à base de zinco é depositado pelo método de imersão por galvanização. Nessa realização, o banho fundido também pode compreender impurezas inevitáveis e elementos residuais dos ingotes de introdução ou da passagem da chapa de aço no banho fundido. Por exemplo, as impurezas opcionalmente são escolhidas entre Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr ou Bi, o conteúdo por peso de cada elemento adicional sendo inferior a 0,3% em peso. Os elementos residuais dos ingotes de introdução ou da passagem da chapa de aço no banho fundido podem ser de ferro com um conteúdo de até 5,0%, preferencialmente 3,0%, por peso.

[025] Em uma realização preferida, a segunda camada consiste em zinco. Nesse caso, quando o revestimento é depositado por imersão por galvanização, a porcentagem de Alumínio é compreendida entre 0,10 e 0,18% em peso no banho.

[026] Preferencialmente, na etapa D), o tratamento de liga é realizado aquecendo-se a chapa de aço revestida obtida na etapa C) a uma temperatura entre 460 e 550 °C por 5 a 40 segundos. Por exemplo, a etapa D é realizada a 500 °C por 20 segundos.

[027] Com o método de acordo com a presente invenção, uma chapa de aço galvanizada e recozida é obtida com uma primeira camada que compreende ferro e níquel diretamente cobertos por uma segunda camada à base de zinco, sendo que a primeira e segunda camadas são ligadas através da difusão, de modo que segunda camada de liga que compreende de 5 a 15% em peso de ferro, de 0 a 15% em peso e, preferencialmente de 1 a 15% em peso de níquel, o saldo sendo zinco.

[028] 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 a partir de: bainita, ferrita, cementita e perlita. Nesse caso, a martensita pode ser temperada ou não temperada.

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

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

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

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

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

[034] Após a fabricação de uma chapa de aço, a fim de produzir algumas peças de um veículo, é conhecido o processo de montagem ao soldar 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.

[035] Para produzir uma junta soldada por pontos de acordo com a invenção, a soldagem é realizada com uma intensidade efetiva é 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.

[036] Assim, 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, é obtida, essa dita junta que contém menos do que 3 trincas com um tamanho acima de 100 μm e em que a trinca mais longa tem um comprimento abaixo de 400 μm.

[037] 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.

[038] Em uma outra realização, a junta soldada por pontos compreende uma terceira chapa de metal que é 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.

[039] A chapa de aço ou a junta soldada por pontos, de acordo com presente invenção pode ser usada para a fabricação de peças para veículo automotivo.

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

EXEMPLO

[041] Para todas as amostras, as chapas de aço usadas 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%.

[042] Os experimentos 1 a 4 foram preparados depositando- se um primeiro revestimento que compreende 55% e 75% de Ni, o saldo sendo Fe. Em seguida, um recozimento contínuo foi realizado em uma atmosfera que compreende 5% de H2 e 95% de N2 a um ponto de condensação de -45 °C. a chapa de aço pré-revestida foi aquecida a uma temperatura de 900 °C. Um revestimento de zinco foi depositado por imersão por galvanização, o banho de zinco que compreende 0,2% de Al. A temperatura de banho foi de 460 °C. Finalmente, um tratamento de liga foi realizado a 500 °C por 20 segundos a fim de obter uma chapa de aço galvanizada e recozida.

[043] Para fins de comparação, o Experimento 5 foi realizado depositando-se um revestimento de zinco por eletrogalvanização após o recozimento contínuo da chapa de aço acima.

[044] A resistência do LME de Experimentos 1 a 5 foi avaliada. Para esse fim, para cada Experimento, duas chapas de aço revestidas foram soldadas juntas por soldagem por pontos de resistência. O tipo do eletrodo foi ISO Tipo B com um diâmetro de 16 mm; a força do eletrodo foi de 5 kN e o débito de água foi de 1,5 g/min. O ciclo de soldagem é relatado na Tabela 1. TABELA 1. PROGRAMAÇÃO DE SOLDAGEM

[045] O número de trincas acima de 100 μm foi então avaliado usando um sistema óptico bem como SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura) conforme relatado na Tabela 2. TABELA 2. DETALHES DA TRINCA LME APÓS A SOLDAGEM POR PONTOS (CONDIÇÃO DE EMPILHAMENTO DE 2 CAMADAS)

*: de acordo com a presente invenção.

[046] Os Experimentos de acordo com a presente invenção mostram uma excelente resistência ao LME em comparação ao Experimento 5. De fato, o número de trincas de Experimentos, de acordo com a presente invenção é muito baixo, até mesmo não existente, em comparação ao Experimento 5.

[047] Para cada Experimento, três chapas de aço revestidas também foram soldadas juntas por soldagem por ponto de resistência sob configuração de empilhamento de 3 camadas. O número de trincas acima de 100 μm foi então avaliado usando um sistema óptico bem como SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura) conforme relatado na Tabela 3. TABELA 3. DETALHES DA TRINCA LME APÓS A SOLDAGEM POR PONTOS (CONDIÇÃO DE EMPILHAMENTO DE 3 CAMADAS)

*: de acordo com a presente invenção.

[048] Os Experimentos de acordo com a presente invenção mostram uma excelente resistência ao LME em comparação ao Experimento 5.

[049] Finalmente, os Experimentos 1 a 4 foram dobrados em um ângulo de 90°. Uma fita adesiva foi então aplicada e removida para verificar a adesão do revestimento com o substrato de aço. A adesão do revestimento desses Experimentos foi excelente.

Claims (14)

1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA CHAPA DE AÇO GALVANIZADA E RECOZIDA, caracterizado por compreender as seguintes etapas: A. o fornecimento de uma chapa de aço pré-revestida revestida com um primeiro revestimento que consiste em ferro e de 25 a 90% em peso de níquel, sendo que essa chapa de aço tem a seguinte composição química em porcentagem 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 uma 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%, sendo o restante da composição composto de ferro e impurezas inevitáveis resultantes da elaboração, B. o tratamento térmico dessa chapa de aço pré-revestida a uma temperatura entre 600 a 1.000 °C, C. o revestimento por imersão a quente da chapa de aço obtido na etapa B) com um segundo revestimento à base de zinco, e D. um tratamento de liga para formar uma chapa de aço galvanizada e recozida.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento compreender de 10% a 75% em peso de ferro.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento compreender de 25,0 a 65,0% em peso de ferro.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento compreender de 40 a 60% em peso de ferro.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento ter uma espessura igual ou acima de 0,5 μm.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento ter uma espessura entre 0,8 e 5,0 μm.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por, na etapa A), o primeiro revestimento ter uma espessura entre 1,0 e 2,0 μm.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 70% de zinco.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 80% de zinco.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada compreender acima de 85% de zinco.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por, na etapa C), a segunda camada consistir em zinco.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por, na etapa B), o tratamento térmico ser um recozimento contínuo.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por, na etapa B), o tratamento térmico ser realizado em uma atmosfera que compreende de 1 a 10% de H2 a um ponto de condensação entre -30 e -60 °C.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por, na etapa D), o tratamento de liga ser realizado pelo aquecimento da chapa de aço resfriada obtido na etapa C) a uma temperatura entre 460 e 550 °C.