BRPI0621610A2

BRPI0621610A2 - método para revestimento por imersão em fundição de um produto de aço plano feito de aço de maior resistência

Info

Publication number: BRPI0621610A2
Application number: BRPI0621610-2A
Authority: BR
Inventors: Ronny Leuschner; Manfred Meurer; Wilhelm Warnecke; Sabine Zeizinger; Gernot Nothacker; Michael Ullmann; Norbert Schaffrath
Original assignee: Thyssenkrupp Steel Ag
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2011-12-13
Also published as: ATE458838T1; DE502006006289D1; KR101275839B1; CN101501235A; CA2647687A1; JP5189587B2; US20090199931A1; WO2007124781A1; CN101501235B; KR20080111492A; EP2010690B1; US8636854B2; EP2010690A1; ES2339804T3; JP2009534537A; PL2010690T3; CA2647687C

Abstract

MéTODO PARA REVESTIMENTO POR IMERSãO EM FUNDIçãO DE UM PRODUTO DE AçO PLANO FEITO DE AçO DE MAIOR RESISTêNCIA. A presente invenção refere-se a um método para o revestimento de um produto de aço plano produzido a partir de um aço de maior resistência contendo diferentes constituintes de ligação, em particular Mn, Al, Si, e/ou Cr, com um revestimento metálico, onde o produto de aço plano é inicialmente submetido a um tratamento térmico, para então, no estado aquecido, ser galvanizado por imersão a quente com o revestimento metálico em um banho de fusão contendo no total pelo menos 85% de zinco e/ou alumínio. De acordo com a invenção, o tratamento térmico nessa situação compreende as seguintes etapas do método: O produto de aço plano é aquecido dentro de uma atmosfera reduzida com um conteúdo de H~2~ de pelo menos 2% a 8% um temperatura de > 750<198>C a 850<198>C. a) A superfície, consistindo predominantemente de ferro puro, é convertida em uma camada de óxido de ferro por um tratamento térmico do produto de aço plano ficando de 1 a 10 s a uma temperatura de > 750<198>C a 850<198>C em uma câmara de reação integrada no forno contínuo, com uma atmosfera oxidante com um teor de O~2~de 0,01%a 1%. b) A superfície, consistindo predominantemente em ferro puro, é convertida em uma camada de óxido de ferro por um tratamento térmico do produto de aço plano durando de 1 a 10 s a uma temperatura de > 750<198>C a 850<198>C em uma câmara de reação integrada no forno contínuo, com uma atmosfera oxidante com um teor de 0~2~ de 0,01% a 1%. c) O produto de aço plano é então recozido em uma atmosfera redutora com um teor de H~2~ de 2% a 8% pelo aquecimento até um máximo de 900<198>C por um período de tempo que é muito mais longo que a duração do tratamento térmico executado para a formação da camada de óxido de ferro (método da etapa b), de forma que a camada de óxido de ferro formada previamente é reduzida pelo menos em sua superfície a ferro puro. d) O produto de aço plano é então resfriado até a temperatura do banho de fusão.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA REVESTIMENTO POR IMERSÃO EM FUNDIÇÃO DE UM PRODU- TO DE AÇO PLANO FEITO DE AÇO DE MAIOR RESISTÊNCIA".

A presente invenção refere-se a um método para o revestimento de um produto de aço plano produzido a partir de um aço de maior resistên- cia contendo diferentes constituintes de liga, em particular Mn, Al, Si e/ou Cr, tal como uma tira ou chapa de aço, com um revestimento metálico, onde o produto de aço plano é submetido a um tratamento térmico para, no estado aquecido, ser provido com um revestimento metálico por imersão a quente em um banho de fusão contendo geralmente pelo menos 85% de zinco e/ou alumínio.

Na construção de carroçarias automobilísticas, são usadas cha- pas laminadas a quente ou a frio feitas de aço que, por razões de proteção contra a corrosão, têm a superfície tratada. As demandas feitas para tais chapas são altamente variadas. Por um lado, elas devem ser capazes de serem conformadas facilmente, enquanto por outro lado elas devem ter alta resistência. A alta resistência é alcançada pela adição ao ferro de constituin- tes de liga específicos, tais como Mn, Si, Al e Cr.

Para otimizar o perfil de propriedades das chapas de alta resis- tência, é comum recozer as chapas imediatamente antes do revestimento com zinco e/ou alumínio no banho de fusão. Embora o revestimento por i- mersão a quente das tiras de aço que contêm apenas pequenas proporções dos constituintes de liga mencionados não seja problemático, surgem dificul- dades com o revestimento por imersão a quente da chapa de aço com maio- res proporções de ligas usando-se os métodos convencionais. Assim, ocor- rem áreas, por exemplo, nas quais o revestimento apenas adere inadequa- damente à chapa de aço individual, que permanece inteiramente não reves- tida.

Na técnica anterior ocorreram diversas tentativas para evitar es- sas dificuldades. Parece, entretanto, que uma solução ótima para o proble- ma ainda não foi alcançada.

Com um método conhecido de revestimento por imersão a quen te de uma tira de aço com zinco, a tira que deve ser revestida corre através de um preaquecedor aquecido diretamente (DFF = forno aquecido direta- mente). Mudando-se a mistura gás-ar nos queimadores de gás utilizados, um aumento no potencial de oxidação pode ser criado na atmosfera que en- volve a tira. O potencial de oxigênio aumentado leva à oxidação do ferro na superfície da tira. A camada de oxido de ferro formada dessa forma é redu- zida a seguir em um forno de estiramento. Um ajuste específico da espessu- ra da camada de óxido na superfície da tira é muito difícil. A uma alta veloci- dade da tira ela é mais fina que a uma baixa velocidade da tira. Em conse- qüência, uma condição não claramente definida da superfície da tira pode ser produzida na atmosfera redutora. Isto pode, por sua vez, levar a proble- mas de aderência do revestimento na superfície da tira.

Nas linhas modernas de revestimento por imersão a quente com um preaquecedor RTF (RTF = forno de tubo radiante), em contraste com o sistema conhecido descrito anteriormente aqui, não são usados queimado- res aquecidos a gás. Conseqüentemente, a pré-oxidação do ferro por uma mudança na mistura gás-ar não pode ocorrer. Ao invés, nesses sistemas o tratamento de recozimento completo da tira ocorre em uma atmosfera de gás inerte. Com tal tratamento de recozimento de uma tira feita de aço com elevadas proporções de constituintes de liga, esses constituintes de liga po- dem formar óxidos difusos na superfície da tira que nesse caso não podem ser reduzidos. Esses óxidos impedem um revestimento perfeito com zinco e/ou alumínio no banho de fusão.

Também na literatura de patentes, são descritos vários métodos diferentes de revestimento por imersão a quente de uma tira de aço com diferentes materiais de revestimento.

Por exemplo, da Patente DE 689 12 243 T2 é conhecido um mé- todo para o revestimento contínuo por imersão a quente de uma tira de aço com alumínio, no qual a tira é aquecida em um forno contínuo. Em uma pri- meira zona, são removidas as impurezas da superfície. Para fazê-lo, a at- mosfera do forno tem uma temperatura muito alta. Entretanto, como a tira corre através dessa zona a uma velocidade muito alta, ela é apenas aqueci- da até cerca da metade da temperatura da atmosfera. Na segunda zona a seguir, que está sob gás inerte, a tira é aquecida até a temperatura do mate- rial de revestimento alumínio.

Em adição a isso, da Patente DE 695 07 977 T2 é conhecido um método de revestimento por imersão a quente de duas etapas de uma tira de aço ligada contendo cromo. De acordo com esse método, a tira é recozida em uma primeira etapa para se obter o enriquecimento do ferro na superfície da tira. A tira é então aquecida em uma atmosfera não-oxidante até a tempe- ratura do metal de revestimento.

Da Patente JP 02285057 A é também conhecido o princípio de revestir de zinco uma tira de aço em um método de múltiplas etapas. Para fazer isso, a tira após limpeza prévia é tratada em uma atmosfera não oxi- dante a uma temperatura de cerca de 820°C. A tira é então tratada a uma atmosfera fracamente oxidante de cerca de entre 400°C a 700°C, antes de ela ter sua superfície reduzida em uma atmosfera redutora. A tira, resfriada até cerca de 420°C a 500°C é então galvanizada da forma usual.

A invenção é baseada no objetivo de fornecer um método para o revestimento por imersão a quente de um produto de aço plano produzido a partir de um aço de maior resistência com zinco e/ou alumínio, no qual uma tira de aço com uma superfície otimamente refinada pode ser produzida em um sistema RTF.

Esse objetivo é alcançado tomando-se um método do tipo des- crito no preâmbulo como ponto de partida, em que, no curso do tratamento térmico precedendo o revestimento por imersão a quente, são executadas as etapas a seguir conforme a invenção:

a) A tira é aquecida em uma atmosfera redutora com um teor de H2 de pelo menos 2% a 8% até uma temperatura de > 750°C a 850°C.

b) A superfície, consistindo predominantemente de ferro puro, é convertida em uma camada de oxido de ferro por um tratamento térmico da tira que dura de 1 a 10 segundos a uma temperatura de > 750°C a 850°C em uma câmara de reação integrada ao forno contínuo, com uma atmosfera oxidante com um teor de O2 de 0,01 a 1%. c) O produto de aço plano é então recozido em uma atmosfera redutora com um teor de H2 de 2% a 8% aquecendo-se até um máximo de 900°C por um período de tempo que é mais longo que a duração do trata- mento térmico executado para a formação da camada de óxido de ferro (e- tapa b do processo), de forma que a camada de óxido de ferro formada pre- viamente é reduzida pelo menos em sua superfície para ferro puro.

d) O produto de aço plano é então resfriado até a temperatura do banho de fusão.

Graças à orientação da temperatura conforme a invenção na etapa a), é evitado o risco de que, durante o aquecimento, constituintes de liga substanciais se difundam para a superfície do produto de aço plano. Surpreendentemente, transpirou que ajustando-se temperaturas relativa- mente altas, estendendo-se até acima de 750°C e até um máximo de 850°C, a difusão dos constituintes da liga para a superfície é particular e efetiva- mente suprimida até o ponto em que na etapa seguinte possa ser formada uma camada de óxido de ferro eficiente. Isto evita também que os constituin- tes da liga se difundam para a superfície na subseqüente temperatura de recozimento também aumentada. Conseqüentemente, uma camada de ferro puro pode passar a existir durante o tratamento de recozimento na atmosfe- ra redutora, que é muito bem adequada para uma superfície completa e ade- rindo firmemente o revestimento de zinco e/ou alumínio.

O resultado da operação pode ser otimizado pela camada de óxido de ferro produzida na atmosfera oxidante sendo reduzida inteiramente para ferro puro. Nesse estado, o revestimento também tem ótimas proprie- dades em relação à sua capacidade de formação e resistência.

De acordo com uma modalidade da invenção, durante o trata- mento do produto de aço plano no estiramento com a atmosfera oxidante, a espessura da camada de óxido sendo formada é medida e, como função dessa espessura e do tempo de tratamento, dependente da velocidade de passagem do produto de aço plano, o teor de O2 é ajustado de tal maneira que a camada de óxido pode então ser totalmente reduzida. Uma mudança na velocidade de passagem do produto de aço plano, por exemplo, como resultado de avaria, pode dessa forma ser levada em consideração sem qualquer desvantagem para a qualidade de superfície do produto de aço plano revestido por imersão a quente.

Bons resultados na execução do método foram alcançados quando é produzida uma camada de oxido com uma espessura de no máxi- mo 300 nanômetros.

Uma difusão dos constituintes da liga para a superfície do produ- to de aço plano pode também ser neutralizada se o aquecimento na etapa a) do método conforme a invenção ocorrer tão rápido quanto possível. Bons resultados operacionais são alcançados em particular se a duração do a - quecimento do produto de aço plano após a oxidação for restrita a mais de 750°C a 850°C por um máximo de 300 s, em particular no máximo 250 s.

Conseqüentemente, é vantajoso se a velocidade de aquecimen- to do produto de aço plano após a oxidação conforme a invenção somar pelo menos 2,4°C/s, em particular na faixa de 2,4 - 4,0°C/s.

O tratamento térmico antes da oxidação com o subseqüente res- friamento do produto de aço plano, em contraste, dura mais que 30 s, em particular, mais que 50 s, para garantir uma redução confiavelmente ade- quada a ferro puro da camada de óxido formada previamente.

Como constituintes da liga, o aço de alta resistência pode conter pelo menos uma seleção dos seguintes constituintes: Mn > 0,5%, Al > 0,2%, Si > 0,1%, Cr > 0,3%. Também constituintes tais como, por exemplo, Mo, Ni, V, Ti, Nb e P podem ser adicionados.

Com a orientação do método conforme a invenção, o tratamento térmico do produto de aço plano na atmosfera redutora, tanto durante o a- quecimento quanto durante o recozimento posterior, dura muitas vezes mais que o tratamento térmico na atmosfera oxidante. Dessa forma, é chegada uma situação na qual o volume da atmosfera oxidante é muito pequeno em comparação com o volume remanescente da atmosfera redutora. Isto tem a vantagem de que uma reação pode ser efetuada muito rapidamente para mudanças no processo de tratamento, em particular a velocidade de passa- gem e a formação da camada de oxidação. Na prática, portanto, o tratamen- to térmico conforme a invenção do produto de aço plano na atmosfera redu- tora pode ser executado em um forno contínuo, que seja equipado com uma câmara contendo a atmosfera oxidante, onde o volume da câmara pode ser muitas vezes menor que o volume remanescente do forno contínuo.

O método conforme a invenção é particularmente bem adequado para galvanização por imersão a quente. O banho de fusão, no entanto, po- de também consistir em zinco-alumínio ou alumínio com adição de silício. Independentemente de qual composição de fusão seja selecionada, o teor de zinco e/ou alumínio presente em cada caso na fusão no total deve somar pelo menos 85%. Fundidos compostos dessa forma são, por exemplo:

Z: 99% Zn ZA: 95% Zn+ 5% Al AZ: 55% Al + 43,4% Zn + 1,6% Si AS: 89-92% Al+ 8-11% Si

No caso de um revestimento de zinco puro (Z), este pode ser convertido por tratamento térmico (recozimento de difusão) em uma camada moldável de zinco-ferro (revestimento galvanizado e recozido).

A invenção será explicada doravante em maiores detalhes na base de um desenho representando uma modalidade.

A figura única mostra de forma diagramática um sistema galva- nizado com um forno contínuo 5 e um banho de fusão 7. Em adição, na figu- ra está representada a curva de temperaturas para o forno contínuo sobre o tempo de passagem.

O sistema de galvanização é planejado para o revestimento na passagem de um produto de aço plano presente na forma de uma tira de aço laminada a quente ou laminada a frio 1, que é produzida a partir de um aço de maior resistência contendo pelo menos um elemento de ligação do grupo Mn, Al, Si, e Cr, bem como, opcionalmente, também elementos de ligação para o ajuste de propriedades específicas. O aço pode, em particu- lar, ser um aço TRIP.

A tira de aço 1 é puxada de uma bobina 2 e conduzida através de um recolhedor 3 e/ou outro sistema 4 para limpeza de superfície. A tira limpa 1 passa então através de um forno contínuo 5 em uma seqüência de operações contínuas e é conduzida através de um ele- mento bocal 6, fechado contra a atmosfera ambiente, em um banho de imer- são a quente 7. O banho de imersão a quente 7 é formado no presente caso por um fundido de zinco.

A tira de aço 1 emergindo do banho de imersão a quente 7, pro- vida com o revestimento de zinco, passa por um estiramento de resfriamento 8 ou um equipamento para tratamento térmico até uma estação de resfria- mento 9, na qual ela é enrolada para formar uma bobina.

Se necessário, a tira de aço 1 é conduzida em forma de mean- dros através do forno contínuo 5, para alcançar tempos de tratamento sufici- entemente longos com o comprimento do forno contínuo 5 sendo mantido dentro de limites praticáveis.

O forno contínuo 5 do tipo RTF (RTF = forno de tubo radiante) é dividido em três zonas 5a, 5b, 5c. A zona do meio 5b forma uma câmara de reação e é atmosfericamente fechada contra as primeira e última zonas 5a, 5c. Seu comprimento soma apenas cerca de 1/100 do comprimento total do forno contínuo 5. Por razões de melhor representação, o desenho não está em escala.

Correspondente aos diferentes comprimentos das zonas, os tempos de tratamento térmico da tira 1 que passa através delas são também diferentes nas zonas individuais 5a, 5b, 5c.

Na primeira zona 5a, prevalece uma atmosfera redutora. Uma composição típica dessa atmosfera consiste em 2% a 8% de H2, tipicamente 5% de H2, e o restante N2.

Na zona 5a do forno contínuo 1, a tira é aquecida até mais de 750°C a 850°C, tipicamente 800°C. O aquecimento ocorre nessa situação com uma velocidade de aquecimento de pelo menos 3,5°C/s. Nessas tempe- ratura e velocidade de aquecimento, a liga constituinte contida na tira de aço 1, se difunde em apenas pequenas quantidades para sua superfície.

Na zona do meio 5b do forno contínuo 5, a tira de aço 1 é es- sencialmente mantida na temperatura alcançada na primeira zona 5a. A at- mosfera da zoria 5b, entretanto, contém oxigênio, de forma que ocorre a oxi- dação da superfície da tira de aço. O teor de O2 da atmosfera que prevalece na zona 5b fica entre 0,01% e 1%, tipicamente a 0,5%. Nesta situação, o teor de oxigênio da atmosfera que prevalece na zona 5b é ajustado, por e- xemplo, como função do tempo de tratamento e da espessura da camada de oxido a ser formada na tira de aço 1. Se o tempo de tratamento for curto, por exemplo, um alto teor de O2 é ajustado, enquanto com um tempo maior de tratamento, por exemplo, um teor menor de oxigênio pode ser selecionado para produzir uma camada de óxido da mesma espessura.

Como conseqüência do fato de que a superfície da tira de aço 1 é submetida a uma atmosfera contendo oxigênio, a camada de óxido de fer- ro desejada é formada na superfície da tira. A espessura dessa camada de óxido de ferro pode ser avaliada visualmente, onde o resultado da medição é retirado para o ajuste do teor de oxigênio individual da zona 5b.

Devido ao fato de que a zona do meio 5b é muito curta em com- paração com o comprimento total do forno, o volume da câmara é corres- pondentemente pequeno. Conseqüentemente, o tempo de reação para uma mudança na composição da atmosfera é curto, de forma que a reação pode ser alcançada rapidamente para uma mudança na velocidade da tira ou na espessura da camada de óxido desviando de um valor de referência por um ajuste correspondente do teor de oxigênio da atmosfera que prevalece na zona 5b. O pequeno volume da zona 5b, conseqüentemente permite que tempos curtos de ajuste sejam alcançados.

Na zona 5c após a zona 5b do forno contínuo 5, a tira de aço 1 é aquecida até uma temperatura de recozimento de cerca de 900°C. O reco- zimento executado na zona 5c ocorre em uma atmosfera redutora de nitro- gênio, que tem um teor de H2 de 5%. Durante esse tratamento de recozi- mento a camada de óxido de ferro evita, por outro lado, que os constituintes da liga se difundam na superfície da tira. Como o tratamento de recozimento ocorre em uma atmosfera de redução, a camada de óxido de ferro é, por outro lado, convertida em uma camada de ferro puro.

A tira de aço 1 é também resfriada em seu outro caminho na di- reção do banho de imersão a quente 7, de forma que, ao deixar o forno con- tínuo 5, ela tem uma temperatura que é até 10% maior que a temperatura do banho de imersão a quente 7, de cerca de 480°C. Como a tira 1, após deixar o forno contínuo 5, consiste em ferro puro em sua superfície, ela oferece uma ótima fundação para uma aglutinação de firme aderência da camada de zinco aplicada ao banho de imersão a quente 7.

Claims

1. Método para revestimento de um produto de aço plano produ- zido a partir de um aço de maior resistência contendo diferentes constituin- tes de liga, em particular Mn, Al, Si e/ou Cr, com um revestimento metálico, onde o produto de aço plano é inicialmente submetido a um tratamento tér- mico, para então, no estado aquecido, ser revestido por imersão a quente com o revestimento metálico em um banho de fusão contendo no total pelo menos 85% de zinco e/ou alumínio, caracterizado pelo fato de que o trata- mento térmico compreende as seguintes etapas de método: a) O produto de aço plano é aquecido em uma atmosfera reduto- ra com um teor de H2 de pelo menos 2% a 8% até uma temperatura de > 750°C a 850°C. b) A superfície, consistindo predominantemente em ferro puro, é convertida em uma camada de oxido de ferro por um tratamento térmico do produto de aço plano ficando de 1 a 10 s a uma temperatura de > 750°C a 850°C em uma câmara de reação integrada no forno contínuo, com uma at- mosfera oxidante com um teor de O2 de 0,01 % a 1 %. c) O produto de aço plano é então recozido em uma atmosfera redutora com um teor de H2 de 2% a 8% pelo aquecimento até um máximo de 900°C por um período de tempo que é muito mais longo que a duração do tratamento térmico executado para a formação da camada de oxido de ferro (método da etapa b), de forma que a camada de oxido de ferro formada previamente é reduzida pelo menos em sua superfície a ferro puro. d) O produto de aço plano é então resfriado até a temperatura do banho de fusão.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada de oxido de ferro produzida é completamente reduzida a ferro puro.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, durante o tratamento do produto de aço plano no estiramento com a atmosfera oxidante, a espessura da camada de oxido sendo formada é medida e, em função dessa espessura e do tempo de tratamento, depen dente da velocidade de passagem do produto de aço plano, o teor de O2 é ajustado de tal forma que a camada de oxido é então completamente redu- zida.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que é produzida uma camada de óxido com uma espessura máxima de 300 nm.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o aquecimento do produto de aço plano após a oxidação até mais de 750°C a 850°C dura, no máximo, 300 s.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico após a oxida- ção com o posterior resfriamento do produto de aço plano dura mais de 30 s.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o aço de maior resistência contém pelo menos uma seleção dos seguintes constituintes de ligação: Mn > 0,5%, Al > 0,2%, Si > 0,1%, Cr > 0,3%.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico do produto de aço plano na atmosfera redutora ocorre em um forno contínuo com uma câ- mara integrada com a atmosfera oxidante, onde o volume da câmara é mui- tas vezes menor que o volume remanescente do forno contínuo.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o produto de aço plano é tratado termicamente após a galvanização por imersão a quente.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a velocidade de aquecimento durante o aquecimento do produto de aço plano após a oxidação atinge pelo menos 2,4°C/s.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe- lo fato de que a velocidade de aquecimento atinge 2,4 - 4,0°C/s.