BRPI0910490B1 - Folha de aço laminada e método de estampagem a quente de folha de aço laminada - Google Patents
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Description
A presente invenção refere-se a uma folha de aço laminada dotada de um revestimento de alumínio composta principalmente de alumínio e com excelente lubricidade durante a estampagem a quente e a um processo de estampagem a quente da folha de aço laminada com alumínio.
TÉCNICA FUNDAMENTAL
Nestes últimos anos, foram intensificadas intimações para redução de consumo de combustível químico para proteger o ambiente e evitar o aquecimento global e estas demandas tiveram vários efeitos sobre a indústria de produção. Por exemplo, mesmo o automóvel, um meio de transporte indispensável na rotina e nas atividades do dia a dia, não é uma exceção e está sendo necessária uma maior eficiência de combustível e similar através da redução do peso da carroçaria e por outros meios. No caso de automóveis, entretanto, uma simples realização da redução do peso da carroçaria não é uma opção viável do ponto de vista da qualidade do produto e também precisa ser garantida segurança apropriada.
A estrutura de um automóvel é constituída largamente de aço, particularmente de folha de aço e a redução do peso da folha de aço é essencial para redução do peso da carroçaria do veículo. Como acaba de ser ressaltado, no entanto, uma simples redução do peso da folha de aço é inaceitável porque a resistência mecânica da folha de aço precisa ser assegurada. Tais requisitos para a folha de aço não são limitados para a indústria de automóveis, porém também se aplicam similarmente a vários outros setores da fabricação. R&D foi portanto conduzido em relação à folha de aço que, por melhoria da resistência mecânica da folha de aço, é capaz de manter ou de aumentar a resistência mecânica mesmo quando tornada mais fina do que a folha de aço usada até o presente.
Um material de aço que tenha alta resistência mecânica geralmente tende a diminuir a fixabilidade do formato durante a flexão e outra transformação, de modo que o próprio trabalho no metal torne-se difícil no caso de transformação em um formato complicado. Um meio disponível para vencer este problema da capacidade de transformação é o chamado método de estampagem a quente (estampagem a alta pressão, a alta temperatura, resfriamento rápido em uma matriz). No método de estampagem a quente, o material de aço a ser moldado é aquecido uma vez a uma alta temperatura, depois disso a folha de aço amolecida pelo aquecimento é estampada e então resfriada. Como o método de estampagem a quente amolece o material do aço por aquecimento uma vez do mesmo a uma alta temperatura, o material pode ser facilmente estampado, enquanto que, além disso, a resistência mecânica do material pode ser aumentado pelo efeito de resfriamento brusco (têmpera) depois da moldagem. O método de estampagem a quente, portanto torna possível obter um artigo moldado que simultaneamente alcance boa capacidade de manter o formato e alta resistência mecânica.
No entanto, quando o processo de estampagem a quente for aplicado a uma folha de aço, o aquecimento até uma alta temperatura, por exemplo, de 800°C ou a uma temperatura mais alta oxida o ferro e similares na superfície produzindo dessa maneira uma incrustação (óxido). Portanto é necessário um processo para remoção da incrustação (desincrustação) depois de se conduzir a estampagem a quente, que diminui a produtividade. Além disso, no caso de um componente ou similar que requeira resistência à corrosão, é necessário tornar a superfície do componente à prova de corrosão ou usar uma camada de proteção de metal depois da fabricação, o que torna necessárias uma etapa de limpeza da superfície e uma etapa de processamento superfície e também diminui a produtividade.
Como um exemplo de um método para minimizar tal perda de produtividade pode ser mencionado aquele de fornecer um revestimento sobre a folha de aço. Qualquer um de vários materiais, inclusive materiais orgânicos e materiais inorgânicos, é geralmente usado para a aplicação do revestimento sobre a folha de aço. Entre estes, a folha de aço que tem um revestimento à base de zinco que confere à folha de aço um efeito de proteção incômodo contra a corrosão é amplamente usada para a folha de aço para automóveis e similar, dos pontos de vista do desempenho de anticorrosão e da tecnologia de produção da folha de aço. No entanto, a temperatura de aquecimento na estampagem a quente (700 a 1000°C) é mais alta do que, por exemplo, as temperaturas de decomposição dos materiais orgânicos e os pontos de ebulição de outros materiais metálicos à base de Zn e de outros materiais, de modo que o aquecimento durante a estampagem a quente pode às vezes evaporar a camada de revestimento da superfície para provocar uma degradação acentuada das propriedades da superfície.
Portanto, como a folha de aço a ser sujeita a estampagem a quente que envolva aquecimento a alta temperatura, é preferível usar uma folha de aço que possua um revestimento de metal à base de Al, que tem um ponto de ebulição mais alto do que um revestimento de material orgânico ou um revestimento de Al à base de Zn, isto é, usar uma chamada folha de aço laminada com alumínio.
A provisão de um revestimento de metal à base de Al evita que a incrustação fique aderida à superfície da folha de aço e melhore a produtividade obtendo uma eliminação da incrustação ou que torna outro tal processo desnecessário. Além disso, a resistência à corrosão depois da aplicação de tinta melhora porque o revestimento de metal à base de Al possui um efeito à prova de corrosão. O Documento da Patente 1 descreve um processo que realiza uma estampagem a quente usando uma folha de aço laminada com alumínio obtida por aplicação de revestimento em um aço que possua uma composição de aço predeterminada com um revestimento de metal à base de Al.
No entanto, quando for aplicado um revestimento de metal à base de Al e dependendo das condições de pré-aquecimento antes da estampagem no processo de estampagem a quente, pode ocorrer que o revestimento de Al primeiro funde e então mude para uma camada de liga de Al-Fe por difusão do Fe da folha de aço, sendo que o composto de Al-Fe venha a se estender até a superfície da folha de aço com o crescimento do compósito de Al-Fe. Esta camada de composto é aqui a seguir denominada a camada de liga. Como esta camada de liga é extremamente dura, são formados riscos durante o processamento por contato com a matriz durante a estampagem.
A superfície da camada de liga de Al-Fe é de natureza relativamente resistente ao deslizamento e fraca em lubricidade. Além disso, a camada de liga de Al-Fe é relativamente dura e suscetível a rachaduras, de modo que é provável que haja diminuição da capacidade de formação devido à rachadura, pulverização e similares da camada de laminação. Além disso, a qualidade do produto estampado é degradada por adesão de Al-Fe à matriz devido, entre outras coisas, à adesão à matriz da camada de liga de Al-Fe exfoliada e da superfície de Al-Fe fortemente marcada. Isto torna necessário remover a liga de Al-Fe em pó que adere à matriz durante o reparo, o que diminui a produtividade e aumenta o custo.
Além disso, o composto de Al-Fe tem baixa reatividade com tratamento normal com fosfato, de modo que não seja produzida película (película de fosfato) pelo tratamento de conversão química, que é um prétratamento de eletro galvanização. A adesão da camada de tinta é boa mesmo sem a formação de uma película de tratamento por conversão química e a resistência à corrosão depois da aplicação da camada de tinta também for boa desde que o peso do revestimento da camada de Al seja tornado adequado, porém o aumento do peso do revestimento tende a agravar a aderência à matriz mencionada acima. Como foi ressaltado anteriormente, a aderência é às vezes devida à união da camada de liga de Al-Fe exfoliada e às vezes por causa da união devida a uma forte marca da superfície da liga de Al-Fe. Embora este último problema seja melhorado por aumento da lubricidade da película da superfície, o efeito benéfico em relação a este último é relativamente pequeno. A redução do peso do revestimento é a mais eficaz para melhoria no primeiro caso. No entanto, a resistência à corrosão diminui quando o peso do revestimento for reduzido. O peso do revestimento também tem um maior efeito sobre a não uniformidade da camada de revestimento local causada pelo efeito de aperto e naturalmente é menos provável de ocorrer falta de uniformidade da espessura da camada de revestimento a um menor peso da camada de revestimento. (O efeito de aperto será discu5 tido com detalhe mais tarde).
Em contraste, a folha de aço visada na prevenção de riscos de processamento e similares é ensinada pelo Documento da Patente 2 relacionado a seguir. O Documento da Patente 2 ensina que uma folha de aço de composição predeterminada é dotada de um revestimento de metal à base de Al e o revestimento de metal à base de Al é ainda formado sobre o mesmo com uma película de composto inorgânico que contenha pelo menos um de Si, Zr, Ti e P e uma película de composto orgânico ou uma película de composto complexo dos mesmos. Com a folha de aço formada com uma tal película ou películas de superfície, uma película de superfície também permanece durante a estampagem depois do aquecimento, de modo que seja evitada a formação de riscos devidos ao processamento durante a estampagem. Além disso, a(s) película(s) da superfície pode(m) servir como lubrificante durante a estampagem para permitir a melhoria da capacidade de formação. Na realidade, no entanto, não pode ser concretizada uma lubricidade adequada, de modo que seja necessário um outro lubrificante ou um meio alternativo.
Por outro lado, o aquecimento até uma alta temperatura antes da estampagem funde o revestimento de metal à base de Al. Portanto, no caso em que, por exemplo, for usado um forno no qual os modelos estiverem em pé na vertical durante o aquecimento, a espessura do revestimento se torna desigual porque camada de revestimento de alumínio fundido escorre com a força da gravidade e similar.
Além disso, por exemplo, se for conduzido aquecimento com resistência ou aquecimento por indução, pode ser melhorada uma taxa de aumento a uma temperatura mais alta do que pode ser conseguida por um aquecimento atmosférico ou aquecimento no infravermelho próximo (NIR), sendo que a produtividade pode ser melhorada. No entanto, quando a folha de aço for aquecida por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução, o alumínio fundido se distribui não uniformemente em algumas partes devido ao efeito de aperto, de modo que a espessura do revestimento se torne não uniforme. Tal não uniformidade da espessura da camada de re6 vestimento é indesejável pelo aspecto da qualidade do produto, reduz a capacidade de formação durante a estampagem posterior, diminui a produtividade e por extensão é propensa a diminuir a resistência à corrosão.
Em outras palavras, o fato de que a fusão da camada de revestimento de alumínio traz um problema similar ao da folha de aço galvanizada. O Documento da Patente 3 ensina um método para evitar a degradação da superfície por evaporação da camada de laminação do zinco na superfície na estampagem a quente da folha de aço galvanizada. Especificamente, este ensina a formação de uma camada de óxido de zinco (ZnO) de alto ponto de fusão sobre a superfície da camada de revestimento do zinco para servir como uma camada barreira para evitar a evaporação e o escorrimento da camada base de revestimento do zinco. No entanto, a técnica ensinada pelo Documento da Patente 3 supõe uma camada de revestimento de zinco. Embora este permita um teor de Al de até 0,4%, este ensina que uma menor concentração de Al é preferível e é uma técnica não essencialmente discutida em Al. O problema tecnológico neste caso é a evaporação do Zn e é, portanto naturalmente um problema que não pode surgir no caso de um depósito com camada de Al de alto ponto de ebulição.
DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR
Documentos de Patente
Documento da
Patente
1: Publicação da
Patente
Japonesa (A) nQ
200038640
Documento da
Patente
2: Publicação da
Patente
Japonesa (A) nQ
2004211151
Documento da
Patente
3: Publicação da
Patente
Japonesa (A) nQ
2003129209
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Problemas a Serem Resolvidos pela Invenção
Como explicado anteriormente, uma folha de aço laminada com alumínio com Al de ponto de ebulição relativamente alto é considerada como tendo um potencial para folha de aço para automóvel e outros componentes que requerem uma resistência à corrosão e várias propostas em relação à aplicação de folha de aço laminada com alumínio para estampagem a quente foram oferecidas para estampagem a quente. No entanto, os problemas da camada de liga de Al-Fe na estampagem a quente não foram superados, de modo que na realidade permanece impossível aplicar uma folha de aço laminada com alumínio a estampagem a quente de formatos complicados porque, entre outras coisas, não se pode obter uma lubricidade adequada, a capacidade de formação por estampagem é fraca e a espessura da camada de recobrimento de alumínio se torna irregular devido à fusão da camada de revestimento de alumínio da superfície. Recentemente, também, a folha de aço moldada para utilização em automóveis depois disso cada vez mais está sendo pintada, de modo que a folha de aço laminada com alumínio também vem requerer capacidade de tratamento (capacidade de ser pintada) com conversão química depois da estampagem a quente e a resistência à corrosão depois da pintura.
Assim, a presente invenção foi realizada em vista dos problemas anteriores e o objetivo da presente invenção é fornecer uma folha de aço laminada com alumínio excelente em resistência à corrosão pós-pintura e que tem excelente lubricidade, que evite que a espessura da camada de revestimento se torne desigual durante o aquecimento, melhore a formabilidade e a produtividade na estampagem a quente e que melhore a capacidade de tratamento com conversão química depois da estampagem a quente e um método de estampagem a quente da folha de aço laminada com alumínio.
Meios para Contornar os Problemas
Através de um estudo intenso para contornar os problemas anteriores, os presentes inventores descobriram que a presença de uma camada de revestimento da superfície que contenha pelo menos um composto que possui estrutura cristalina de wurtzita sobre uma camada de revestimento de alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados de uma folha de aço permite que a espessura da camada de revestimento de alumínio seja processada uniformemente mesmo quando for aplicada a estampagem a quente e que a lubricidade devida ao revestimento de wurtzita sobre a ca8 mada de liga (s) de Al-Fe é boa, sendo que eles alcançaram a presente invenção. Os pontos principais da invenção é como apresentado a seguir.
(1) Uma folha de aço laminada com alumínio para estampagem a quente caracterizada por compreender uma camada de revestimento de alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados de uma folha de aço e uma camada de revestimento superficial depositada sobre a (s) camada (s) de revestimento de alumínio e que contenha pelo menos um composto que possua uma estrutura cristalina de wurtzita.
(2) A folha de aço laminada apresentada em (1), caracterizada pelo fato de que a camada de revestimento de alumínio contém 3 a 15% em massa de Si.
(3) A folha de aço laminada com alumínio apresentada em (1) ou (2), caracterizada pelo fato de que o composto que tem estrutura cristalina de wurtzita é o ZnO.
(4) A folha de aço laminada com alumínio apresentada em (3), caracterizada pelo fato de que o teor de ZnO na camada de revestimento da superfície sobre um lado da folha de aço é 0,5 até 7 g/m2 como Zn, o tamanho do grão do ZnO é de 50 a 300 nm e a camada de revestimento da superfície contém além do ZnO um componente de resina e/ou um agente de acoplamento de silano a uma proporção em peso em relação a ZnO de 5 a 30%.
(5) A folha de aço laminada com alumínio apresentada em (3), caracterizada pelo fato de que o teor de ZnO na camada de revestimento da superfície sobre um lado da folha de aço é 0,5 até 7 g/m2 como Zn, o tamanho do grão do ZnO é de 50 a 300 nm e a camada de revestimento da superfície contém além do ZnO um componente de resina e/ou um agente de acoplamento de silano a uma proporção em peso em relação a ZnO de 5 a 30% e a folha de aço tem orifícios na camada de revestimento da superfície devido ao aquecimento da folha de aço a 850°C até 1100°C.
(6) Um método de estampagem a quente de folha de aço laminada com alumínio, caracterizado por aquecimento da folha de aço revestida com alumínio decapada que compreende uma camada de revestimento de alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados da folha de aço e uma camada de revestimento superficial que contém ZnO sobreposta sobre a (s) camada (s) de revestimento de alumínio e que forma a folha de aço revestida com alumínio aquecida por estampagem.
(7) O método de estampagem a quente da folha de aço laminada com alumínio, caracterizada pelo fato de que na folha de aço revestida com alumínio bobinada em recozimento em câmara que compreende uma camada de alumínio revestida com alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados da folha de aço e uma camada de revestimento superficial que contém ZnO sobreposta sobre a (s) camada (s) de revestimento de alumínio, depois disso recapeando e aquecendo a mesma e estampando e formando a folha de aço revestida com alumínio aquecida.
(8) Método de estampagem a quente de placa de aço laminada apresentada em (6) ou (7), caracterizada pelo fato de que a taxa de aumento da temperatura média de aquecimento por aquecimento com resina ou por aquecimento por indução durante o aquecimento antes da estampagem é de 50°C a 300°C/Segundo desde uma temperatura da folha de aço laminada de 600°C até uma temperatura de 10°C inferior ao pico de temperatura da folha.
EFEITO DA INVENÇÃO
Como explicado antes, a presente invenção fornece uma folha de aço laminada para estampagem a quente que possui excelente lubricidade, evita que a espessura da camada de revestimento se torne desigual mesmo durante aquecimento rápido, evita a aderência à matriz e também é boa em resistência à corrosão pós-pintura e um método de estampagem a quente de folha de aço permite a melhoria da produtividade no dito processo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um diagrama detalhado para explicar um avaliador de lubricidade a quente de acordo com uma folha de aço laminada com alumínio de acordo com uma modalidade da presente invenção.
A figura 2 é um diagrama detalhado para explicar a avaliação da espessura de uma película de recobrimento de alumínio de acordo com uma folha de aço laminada com alumínio de acordo com uma modalidade da presente invenção.
MODOS PARA A REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO
Os modos ótimos de implementar a presente invenção são explicados em detalhe a seguir com referência aos desenhos anexos. Observe-se que no relatório descritivo e nos desenhos, aos elementos constituintes que possuem substancialmente a mesma função e configuração são atribuídos símbolos similares para evitar uma explicação redundante.
Folha de Aço Laminada
Será explicada uma folha de aço laminada de acordo com uma modalidade da presente invenção.
A folha de aço laminada de acordo com esta modalidade tem uma estrutura em camadas de pelo menos duas camadas sobre um lado ou sobre cada um de ambos os lados da folha de aço. Em outras palavras, uma camada de revestimento de alumínio que contenha pelo menos Al é formada sobre um lado ou sobre ambos os lados da folha de aço e uma camada de revestimento da superfície que contenha pelo menos um composto que possua uma estrutura cristalina de wurtzita ainda é sobreposta a cada camada de revestimento de alumínio.
Folha de Aço
A folha de aço usada de preferência é, por exemplo, uma folha de aço formada para ter alta resistência mecânica (que significa, por exemplo, resistência à tração, ponto limite, alongamento, redução, dureza, valor de impacto, resistência à fatiga, resistência à deformação e outras tais propriedades relacionadas a deformação mecânica e fratura). Um exemplo da composição da folha de aço que fornece a grande resistência mecânica para permitir usos como uma modalidade da presente invenção é como a seguir.
A folha de aço contém pelo menos um ou mais, em% em massa, C: 0,1 até 0,4%, Si: 0,01 até 0,6%, Mn: 0,5 até 3%, Ti: 0,01 até 0,1% e B: 0,0001 até 0,1% e o restante consiste em Fe e em purezas inevitáveis.
Os componentes individuais adicionados ao Fe serão explicados.
C é adicionado para garantir a resistência mecânica desejada. Quando o teor de C for menor do que 0,1%, não se pode conseguir melhoria adequada na resistência mecânica e o efeito da adição de C é fraco. Por outro lado, embora um teor de C que exceda 0,4% permita que a folha de aço seja ainda mais endurecida , ele aumenta a probabilidade de fusão e de ocorrência de rachadura. Portanto, C é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de 0,1% até 0,4%.
Si é um elemento para melhoria da resistência mecânica que melhora a resistência mecânica e, como C, é adicionado para garantir a resistência mecânica desejada. Quando o teor de C for menor do que 0,01%, quase não se manifesta um efeito de melhoria da resistência e a melhoria adequada da resistência mecânica não pode ser conseguida. Por outro lado, o Si é um elemento facilmente oxidável. Assim quando o teor de Si exceder 0,6%, a capacidade de molhamento diminui durante a deposição de revestimento por imersão a quente, fazendo com que ocorram defeitos de não revestimento. Portanto, o Si é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de 0,01% até 0,6%.
O Mn é um elemento de reforço que reforça o aço e também um elemento que melhora a capacidade de endurecimento. Além disso, Mn evita com eficiência a fragilidade a quente pelo S, que é uma impureza inevitável. Quando o teor de Mn for menor do que 0,5%, estes efeitos não são obtidos e os efeitos citados acima são exibidos a um teor de 0,5% ou maior. Por outro lado, quando o teor de Mn exceder 3%, a tendência da resistência é diminuir porque a fase γ residual se torna excessiva. Portanto, Mn é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de 0,5% até 3%.
Ti é um elemento de reforço da resistência e também um elemento que melhora a resistência térmica da camada de revestimento de alumínio. Quando o teor de Ti for menor do que 0,01%, não é realizado efeito de melhoria da resistência nem efeito de resistência à oxidação e estes efeitos são exibidos a um teor de 0,01% ou maior. Por outro lado, quando for adicionada uma quantidade excessivamente grande de Ti, é provável que o aço seja amolecido por formação, por exemplo, de carburetos e de nitretos.
A probabilidade de não ser capaz de se conseguir a resistência mecânica desejada é particularmente alta quando o teor de Ti excede 0,1%. Portanto,
Ti é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de desde 0,01% até 0,1%.
B tem um efeito de agir durante o endurecimento para melhorar a resistência. Quando o teor de B for menor do que 0,0001%, este efeito de melhoria da resistência é baixo. Por outro lado, quando o teor de B exceder 0,1%, é provável que a resistência à fadiga diminua devido à formação de inclusões e à fragilidade. Portanto, B é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de desde 0,0001% até 0,1%.
Também de importância é que esta folha de aço pode conter impurezas inevitáveis arrastadas em outros processos de fabricação e similares.
A folha de aço formada de tal composição pode ser endurecida por aquecimento usando-se o método de estampagem a quente ou similar para que se tenha uma resistência mecânica em torno de 1500 MPa ou maior. Embora seja assim uma folha de aço de alta resistência mecânica, esta pode ser facilmente formada se processada pelo método de estampagem a quente porque a estampagem pode ser realizada em uma condição amolecida devida ao aquecimento. Além disso, a folha de aço pode obter alta resistência mecânica e, adicionalmente, pode manter ou melhorar a resistência mecânica mesmo se tornada fina com a finalidade de redução de peso. Camada de Revestimento de Alumínio
Como afirmado acima, a camada de revestimento de alumínio é formada sobre um lado ou sobre ambos os lados da folha de aço. Embora a camada de revestimento de alumínio possa ser formada sobre a superfície da folha de aço, por exemplo, pelo método de revestimento por imersão a quente, o método de formação da camada de revestimento de alumínio da presente invenção não é limitado a este.
Além disso, qualquer composição que contenha Al pode ser aplicada na presente invenção. Embora os constituintes sem ser Al não sejam particularmente limitados, o Si pode possivelmente ser adicionado pela ra zão a seguir. Quando o Si é adicionado, a camada de liga formada durante a aplicação do revestimento de metal para laminação por imersão a quente pode ser controlada. Quando o teor de Si for menor do que 3%, a camada de liga de Fe-AI se torna espessa no estágio de aplicação de revestimento de alumínio, o que pode promover a rachadura da camada de revestimento durante o processamento para que se tenha um efeito adverso sobre a resistência à corrosão. Por outro lado, quando o teor de Si exceder 15%, a processabilidade e a resistência à corrosão da camada de revestimento podia diminuir. Portanto, o Si é de preferência adicionado a um teor, em% em massa, de 3% até 15%.
A camada de revestimento de alumínio formada com uma tal composição pode evitar a corrosão da folha de aço. Além disso, durante o processamento da folha de aço pelo método de estampagem a quente, é possível evitar a formação da incrustação (de óxido de ferro) que ocorre devida à oxidação da superfície da folha de aço aquecida até uma alta temperatura. Portanto, a camada de revestimento de alumínio melhora a produtividade permitindo a omissão de um processo de remoção de incrustação, de um processo de limpeza da superfície, de um processo de tratamento da superfície e similares. Além disso, como o ponto de ebulição e similares da camada de revestimento de alumínio são maiores do que aqueles de um revestimento de material orgânico ou de outro material metálico (por exemplo, À base de Zn), é possível um processamento a uma alta temperatura durante a formação pelo método de estampagem a quente, a capacidade de formação na estampagem a quente também é melhorada e o processamento se torna fácil.
Como apresentado anteriormente, parte do Al contido na camada de revestimento de alumínio forma liga com o Fe da folha de aço durante a aplicação do revestimento de metal por imersão a quente, aquecimento por estampagem a quente ou similar. Assim a camada de revestimento de alumínio não é necessariamente uma única camada de uma composição específica e pode às vezes incluir localmente uma camada de liga. Camada de Revestimento da Superfície
A camada de revestimento da superfície é depositada sobre a superfície da camada de revestimento de alumínio. A camada de revestimento da superfície contém pelo menos um composto que possui uma estrutura cristalina de wurtzita. A camada de revestimento da superfície que contém o composto que possui uma estrutura cristalina de wurtzita tem efeitos tais para melhorar a lubricidade da folha de aço laminada e evitar a distribuição desigual da camada de revestimento de alumínio, mantendo assim uniforme a sua espessura (estes efeitos são discutidos mais tarde). Como os compostos que possuem uma estrutura cristalina de wurtzita podem ser relacionados, por exemplo, AIN, GaN, InN, TiN, TIN, MnS, MnSe, ZnO, ZnS, CdS, CdSe e similares. ZnO é particularmente preferível. A razão para isso é que embora os compostos relacionados acima tenham efeitos similares do ponto de vista da lubricidade e da uniformidade da espessura da camada de revestimento de Al fundida, o ZnO tem o mais forte efeito do ponto de vista da melhoria da reatividade para a solução de tratamento por conversão química. A seguir, será feita uma explicação considerando como um exemplo o caso em que o ZnO está contido na camada de revestimento da superfície como este composto. Devia ser observado, no entanto, que também quando um composto sem ser o ZnO é usado como o composto que possui uma estrutura cristalina de wurtzita, a camada de revestimento da superfície de uma constituição similar àquela no caso de ZnO pode ser formada para obter efeitos similares.
A camada de revestimento da superfície que contém ZnO pode ser formada sobre a camada de revestimento de alumínio, por exemplo, por aplicação de uma camada de revestimento que contenha partículas de ZnO e realizando-se uma cura por cozimento / secagem depois da aplicação. Como os métodos de aplicação de ZnO podem ser mencionados, por exemplo, o método de misturação de um sol que contenha ZnO e um aglutinante orgânico predeterminado e aplicando a mistura como um revestimento sobre a camada de revestimento de alumínio ou pelo método de aplicação por revestimento com pó. Como o aglutinante orgânico prescrito podem ser mencionados, por exemplo, resina de poliuretana, resina de poliéster, resina acrí15 lica, agente de acoplamento de silano e similares. Estes são tornados solúveis em água de modo que eles possam se dissolver no sol que contém o
ZnO. A solução de revestimento assim obtida é aplicada sobre a superfície da folha de aço laminada com alumínio.
O tamanho do grão das finas partículas de ZnO não é particularmente limitado porém de preferência este em torno de desde 50 até 300 nm. Embora o tamanho do grão de ZnO seja de dois tipos, isto é, o próprio tamanho do grão do pó e o tamanho do grão no sol depois do isolamento do mesmo, este é representado como o tamanho no sol na presente invenção. Como o pó fino no sol geralmente experimenta aglomeração secundária, o tamanho do grão no sol é maior do que o tamanho do grão do próprio pó. Quando o tamanho do grão do próprio pó for menor do que 50 nm, não apenas é difícil a misturação mas também resulta um aumento de tamanho do grão porque facilmente ocorre uma aglomeração secundária. Portanto é difícil atualmente obter o diâmetro da partícula no sol de 50 nm ou menor. Além disso, quando o tamanho do grão no sol se torna maior do que 300 nm, ocorre uma desigualdade porque as partículas tendem a se sedimentarem. Quando possível, um tamanho do grão em torno de 50 a 150 nm é de preferência estabelecido.
O teor do componente aglutinante no revestimento da superfície, inclusive o componente de resina e/ou o agente de acoplamento de silano, está de preferência em torno de 5 até 30% em peso em relação a ZnO. Quando menor do que 5%, não pode ser obtido um efeito aglutinante adequado, em cujo caso o revestimento tende a se soltar facilmente e, além disso, como explicado mais adiante, a lubricidade pode ser acentuadamente afetada porque não ocorrem orifícios depois da evaporação do solvente orgânico. Para se obter o efeito aglutinante com coerência, o teor de aglutinante é definido mais preferivelmente definido como 10% ou mais em peso. Por outro lado, um teor de componente aglutinante em excesso de 30% é indesejável porque a emissão do odor durante o aquecimento se torna acentuada.
Além disso, foi confirmado que a lubricidade da superfície duran te a estampagem a quente melhora quando o teor do componente aglutinante estiver nesta faixa. Acredita-se que isto é porque a evaporação do solvente orgânico aglutinante no estágio de aquecimento forme orifícios no revestimento de ZnO, sendo que o ZnO, que possui um efeito de lubrificação, faz ponto de contato com o metal da matriz. Para ser mais específico, devido ao fato de ZnO ser composto de finas partículas, um revestimento feito unicamente do mesmo teria uma superfície relativamente lisa, em cujo caso o contato resultante da superfície resultante com a matriz produziría grande atrito de deslizamento (o coeficiente de atrito também se tornaria maior). Por este aspecto, podia se acreditar que um maior tamanho do grão de ZnO fosse melhor, porém o ZnO tem uma grande gravidade específica de 5,7, assim as partículas de ZnO de grande tamanho do grão se sedimentaria no sol em vez de ali permanecer estavelmente. Em outras palavras, para garantir estabilidade como um sol, a presente invenção exige um ZnO de pequeno tamanho do grão e gera orifícios no revestimento de ZnO de modo a estabelecer um ponto de contato durante o contato com a matriz. Foi descoberto que a composição aglutinante citada acima e o teor são eficazes para esta formação de orifício.
Foi confirmado que a lubricidade é alta mesmo em comparação com o revestimento de composto inorgânico que contenha pelo menos um de Si, Zr, Ti ou P, o revestimento de composto orgânico ou o revestimento de composto complexo do mesmo apresentado no Documento da Patente 2. Como um resultado, pode ser antecipada melhoria de capacidade de formação e de produtividade.
O peso do revestimento de ZnO da camada de revestimento da superfície sobre cada lado da folha de aço de preferência contém 0,5 até 7 g/m2 calculado como Zn. Quando o teor de ZnO calculado como Zn for de 0,5 g/m2 ou maior, é possível realizar efeitos tal como o efeito de melhoria da lubricidade (vide figura 3) e o efeito da prevenção da distribuição desigual (efeito de tornar uniforme a espessura da camada de revestimento de alumínio). Por outro lado, quando o teor de ZnO como Zn exceder 7 g/m2, a camada de revestimento de alumínio e a camada de revestimento da superfície se tornam demasiadamente espessas, degradando dessa maneira a capacidade de ser soldada e a adesão do revestimento. Portanto, o ZnO é de preferência depositado sobre a superfície da camada de revestimento de alumínio a um teor de Zn de 0,5 g/m2 até 7 g/m2 na camada de revestimento da superfície sobre cada lado da folha de aço. Dentro desta faixa, um teor de aproximadamente 1 a 4 g/m2 é particularmente preferível porque este permite que a lubricidade seja assegurada durante a estampagem a quente e também forneça capacidade de soldagem e adesão do revestimento.
Como o método de cozimento secagem depois da aplicação, o forno de ar quente, o forno de indução o forno de infravermelho próximo e similares são, por exemplo, adequados. E um método que combina os mesmos também é aceitável.Nesta ocasião em vez de cozimento / secagem pós-revestimento, é possível dependendo do tipo de aglutinante usado na aplicação do revestimento realizar tratamento de cura que usa, por exemplo, raios ultravioleta, um feixa de elétrons ou similar. Como aglutinantes orgânicos projetados podem ser relacionados, por exemplo, poliuretana, poliéster, resina acrílica, agente de acoplamento de silano e similares. No entanto, o método de formação da camada de revestimento de ZnO da superfície não está limitado a estes exemplos e a formação por qualquer de vários métodos é possível.
Quando não for usado aglutinante, a aderência depois da aplicação do revestimento sobre o laminado de alumínio é um pouco baixa e há um risco de descascamento local sob um ato de esfregar com uma forte operação. No entanto, depois de ser aquecido uma vez com passagem através do processo de estampagem a quente, é exibida uma forte aderência.
Uma tal camada de revestimento da superfície que contém ZnO pode melhorar a lubricidade da folha de aço laminada. De particular nota é que esta camada de revestimento da superfície que contém ZnO torna possível melhorar adicionalmente a lubricidade além daquela do revestimento de composto inorgânico que contenha pelo menos um de Si, Zr, Ti ou P, o revestimento do composto orgânico ou o revestimento do composto complexo do mesmo apresentado no Documento da Patente 2 e também para me18
Ihorar ainda mais a capacidade de formação e a produtividade.
Além disso, o ponto de fusão de ZnO está em torno de 1975°C e mais alto do que aquele da camada de revestimento de alumínio e similares (o ponto de fusão de alumínio estando em torno de 660°C). Portanto, quando a folha de aço laminada for processada pelo método de estampagem a quente, por exemplo, a camada de revestimento da superfície que contém ZnO não funde mesmo se a folha de aço for aquecida até, por exemplo, a temperatura de 800°C ou mais alta. Portanto, mesmo se a camada de revestimento de alumínio precisasse ser fundida por aquecimento, pode se evitar que a espessura da camada de revestimento de alumínio fundida distribuase desigualmente, porque a camada de revestimento de alumínio é mantida em uma condição recoberta pela camada de revestimento da superfície. Também é de nota que tende a ocorrer uma distribuição desigual de camada de revestimento de alumínio, por exemplo, em casos tais como o aquecimento é realizado em um forno que alinha os modelos verticalmente ou quando o aquecimento for realizado por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução. No entanto, a camada de revestimento da superfície também pode evitar uma distribuição desigual da espessura da camada de revestimento de alumínio quando tais tipos de aquecimento são conduzidos e, como tal, mais eficientemente permite a uniformidade da espessura da camada de revestimento de alumínio do que no revestimento de composto inorgânico que contenha pelo menos um de Si, Zr, Ti ou P, o revestimento de composto inorgânico ou o revestimento de composto complexo do mesmo apresentado no Documento da Patente 2. Além disso, como a camada de revestimento da superfície pode evitar a distribuição desigual da espessura da camada de revestimento de alumínio, a camada de revestimento de alumínio pode ser formada com uma maior espessura.
Assim, oferecendo efeitos tais como lubricidade melhorada e uniformidade da espessura da camada de revestimento de alumínio, a camada de revestimento da superfície melhora a capacidade de formação durante a estampagem e a resistência à corrosão pós estampagem. Além disso, o fato de que a espessura da camada de revestimento de alumínio pode ser tornado uniforme permite o aquecimento da folha de aço laminada por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução, o que permite o aquecimento a um maior aumento da taxa de temperatura. Como um resultado, o tempo necessário na etapa de aquecimento do método de estampagem a quente pode ser abreviado para aumentar a produtividade do próprio método de estampagem a quente.
Além disso, como ressaltado anteriormente, a camada de revestimento da superfície tem excelente lubricidade e minimiza a aderência à matriz. Mesmo se a camada de revestimento de alumínio precisa se pulverizar, o revestimento de ZnO sobre a superfície pode evitar que o pó (Al-Fe em pó e similares) fique aderido à matriz usada no processo de estampagem a jusante. A produtividade pode ,portanto ser melhorada porque não há necessidade de implementar um processo para remover Al-Fe em pó aderido à matriz. E a camada de revestimento da superfície pode representar o papel de uma camada protetora para evitar riscos e similares que pudessem ocorrer durante a estampagem da folha de aço e a aplicação de revestimento de alumínio e a capacidade de formação também pode ser melhorada. Além disso, a camada de revestimento da superfície não atrapalha tais fatores de utilização como capacidade de soldagem em pontos, adesão da camada de revestimento e similares. Devido à adesão da camada de revestimento de tratamento químico, a resistência à corrosão da pós-pintura é bastante melhorada e o peso da camada de revestimento de laminado pode ser reduzida até abaixo daquela anterior. Como um resultado, a produtividade pode ser melhorada devido à espessura uniforme do laminado e ainda aderência reduzida com rápido aquecimento.
Processamento pelo Método de Estampagem a Quente
A folha de aço laminada desta modalidade foi explicada antes. Embora a folha de aço laminada assim formada possa ser processada e formada por vários métodos, é particularmente útil no caso de conduzir o processamento pelo método de estampagem a quente, por exemplo. Portanto, será feita agora uma explicação em relação ao caso em que a folha de aço laminada que tem a constituição anterior é processada pelo método de estampagem a quente.
No método de estampagem a quente de acordo com esta modalidade, a folha de aço laminada é primeiro aquecida até uma alta temperatura para amolecer a folha de aço. A folha de aço laminada amolecida é então formada por estampagem, depois disso a folha de aço laminada formada é resfriada. Assim, a folha de aço é uma vez amolecida para permitir que a estampagem a seguir seja realizada facilmente. Além disso, a folha de aço que tem a composição anterior é endurecida pelo aquecimento e resfriamento para obter uma alta resistência mecânica de em torno de 1500 MPa ou maior.
Embora a folha de aço laminada de acordo com esta modalidade seja aquecida nos processos de estampagem a quente, qualquer um dos vários métodos de aquecimento pode ser adotado nesta ocasião, inclusive métodos de aquecimento habituais que usam um forno elétrico ou um forno de tubo radiante ou outros métodos tais como NIR, por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução a alta frequência ou similar. A folha de aço laminada pode ser decapada e aquecida usando estes meios de aquecimento e particularmente no caso da utilização de aquecimento com resistência ou aquecimento com alta frequência, um problema de espessura não uniforme do laminado surge devido ao efeito de apertar, de modo especialmente quando for desejado um grau de espessura, a formação de liga é realizada de antemão por aquecimento da bobina em um forno de câmara de recozimento, permitindo desse modo a prevenção total da desigualdade da espessura do laminado. Quando o ponto de fusão for aumentado até em torno de 1150°C pela formação de liga, o problema do efeito de aperto que age sobre o aço fundido é eliminado. Neste caso, a bobina recozida na câmara é decapada para fornecimento para a estampagem a quente.
Quando a folha de aço laminada com alumínio for aquecida até acima de seu ponto de fusão, ela funde e muda simultaneamente para uma camada de liga de Al-Fe, de Al-Fe-Si devido à interdifusão com Fe. O ponto de fusão da camada de liga de Al-Fe, Al-Fe-Si é alto e se a formação de liga se estender até a superfície, o efeito de aperto não age mais. Há múltiplas ligas Al-Fe, Al-Fe-Si que mudam para ligas de alta concentração de Fe durante o aquecimento a alta temperatura ou aquecimento prolongado. Na condição preferida da superfície do produto final, a condição é uma em que a formação de liga atingiu a superfície e em que a concentração de Fe da camada de liga não é alta. Se restar Al sem formar liga, somente região sobre corrosão rapidamente, o que é indesejável para uma resistência à corrosão pós-pintura porque a vulnerabilidade à formação de bolhas de tinta se torna muito alta. Se, ao contrário, a concentração de Fe da camada de liga se tornar demasiadamente alta, a resistência à corrosão da própria camada de liga diminuiu, assim a resistência à corrosão da pós-pintura é marcada pela pronta ocorrência de formação de bolha de tinta. Isto é porque a resistência à corrosão da camada de liga depende da concentração de Al na camada de liga. Existe, portanto uma condição de formação de liga que pode ser preferida para a resistência à corrosão de pós-pintura a condição de formação de liga é determinada pelo peso do revestimento do laminado e pela condição de aquecimento.
Particularmente quando for usado o aquecimento com resistência ou o aquecimento com alta frequência, a taxa média de aumento de temperatura em aquecimento a alta temperatura de desde 600°C até uma temperatura 10°C mais baixa do que o pico de temperatura da folha pode ser ajustado a 50°C até 300°C/segundo. Embora a taxa média de aumento de temperatura pelo aquecimento afete a produtividade na estampagem da folha de aço laminada, a taxa média de aumento de temperatura é, por exemplo, geralmente ajustada em torno de 5°C/segundo em aquecimento a alta temperatura no caso de aquecimento atmosférico e em torno de 10 a 50°C/segundo no caso de aquecimento no infravermelho próximo.
A folha de aço laminada de acordo com esta modalidade permite melhor produtividade porque, como explicado anteriormente, pode ser obtida uma alta taxa de aumento da temperatura média. Além disso, a taxa de aumento da temperatura média, por exemplo, afeta a constituição e a espessura da camada de liga e, como tal, é um fator importante do controle da qualidade da folha de aço laminada. No caso da folha de aço laminada de acordo com esta modalidade, a taxa de aumento da temperatura pode ser elevada até 300°C/segundo, tornando possível controlar a qualidade do produto em uma ampla faixa. Como o pico de temperatura, geralmente é usualmente adotada uma em torno de 900 a 950°C em vista do fato de que o princípio de estampagem a quente requer aquecimento na região da austenita. Embora o pico de temperatura não seja particularmente limitado na presente modalidade, um de 850°C ou inferior não é tão desejável porque pode se tornar impossível obter dureza adequada por têmpera. Além disso, a camada de revestimento de alumínio precisa variar para uma camada de liga de Al-Fe, de modo que 850°C ou inferior também é indesejável sob este aspecto. Se a formação de liga precisava chegar tão longe até uma temperatura que excede 1000°C, a concentração de Fe da camada de liga de Al-Fe podia aumentar para causar degradação da resistência à corrosão da pós-pintura. Embora não possa ser dito nada absoluto sob este aspecto porque a taxa de aumento da temperatura e o peso de revestimento do laminado de alumínio também sejam fatores, o aquecimento até 1100°C ou mais acima é indesejável também do ponto de vista econômico.
Além disso, em relação à folha de aço laminada de acordo com esta modalidade, é possível, por exemplo, usar um método de aquecimento por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução como o método de aquecimento para se alcançar a alta taxa de aumento de temperatura citada acima. Geralmente quando a folha de aço laminada com alumínio for aquecida até uma alta temperatura, por exemplo, de 800°C ou mais alta, a camada de revestimento de alumínio funde e o aquecimento com resistência ou aquecimento por indução passa corrente elétrica através não somente pela folha de aço, mas também pela camada de revestimento de alumínio. A corrente que passa através da camada de revestimento de alumínio fundida a alta temperatura pode produzir o chamado efeito de aperto. Como é evidente pela regra de Biot-Savarti, a regra da mão esquerda de Fleming e outras leis eletromagnéticas, uma força de atração age entre os condutores que passam corrente elétrica na mesma direção. O fenômeno dos percursos de condução de corrente que são constritos por esta força é chamado o e feito de aperto. Quando o condutor pelo qual passa a corrente for um fluido como a camada de revestimento de alumínio fundida a força de atração reduz o fluido no ponto da restrição do percurso de condução. Como o resultado, a espessura da camada de revestimento de alumínio aumenta no ponto de constrição e se torna mais fina em outras regiões, desse modo perdendo a sua uniformidade. O uso de aquecimento com resistência, de aquecimento por indução ou por outros métodos de aquecimento que envolve a passagem de corrente elétrica para o aquecimento a alta temperatura da folha de aço laminada tem sido, no entanto difícil do ponto de vista da manutenção da qualidade do produto. No entanto, no caso da folha de aço laminada de acordo com esta modalidade, a presença da camada de revestimento da superfície que contém ZnO torna possível manter uniforme a espessura da camada de revestimento de alumínio. Portanto, a folha de aço laminada de acordo com esta modalidade reduz o efeito sobre a espessura da camada de revestimento de alumínio o que pode ser atribuído ao efeito de aperto e similares, permitindo desse modo o aquecimento com resistência ou o aquecimento por indução e tornando possível aumentar a taxa de aumento de temperatura.
Como explicado antes, a folha de aço laminada de acordo com esta modalidade é aquecida até uma alta temperatura de 800°C ou mais alta por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução e então formada por estampagem usando uma matriz ou similar. Nesta ocasião, a camada de revestimento da superfície que contém ZnO, que não é fundida, representa o papel de um tampão e a ação lubrificante possuída pelo próprio ZnO quente protege a camada de revestimento de alumínio e a folha de aço da matriz, evitando desse modo o risco pela matriz. Ao contrário, é possível, por exemplo, evitar a aderência de pó (Al em pó e similares) à matriz devido à ocorrência de rachaduras ou pela camada de revestimento de alumínio em pó, desse modo permitindo capacidade de formação e produtividade melhoradas.
Exemplo dos Efeitos da Folha de Aço Laminada e Método de Estampagem a Quente
A folha de aço laminada e o método de estampagem a quente da folha de aço laminada de acordo com esta modalidade foram explicados antes. A folha de aço laminada de acordo com esta modalidade possui uma camada de revestimento da superfície que contém pelo menos um composto que possui uma estrutura cristalina de wurtzita, especificamente ZnO, sendo que, como apresentado acima, é possível, por exemplo, obter alta lubricidade e tornar uniforme a espessura da camada de revestimento de alumínio.
Como um resultado, a folha de aço laminada de acordo com esta modalidade pode ser usada no método de estampagem a quente que utiliza aquecimento por indução ou aquecimento com resistência e pode permitir a realização de aquecimento a uma taxa de aumento a alta temperatura, tornando desse modo possível melhorar a produtividade e a capacidade de formação. Além disso, a presente modalidade explora as propriedades do composto wurtzita, assim as quantidades do dispersante e de outros constituintes para dispersar o aglutinante e o ZnO fino precisavam ser adequadamente determinadas.
Incidentalmente, uma razão concebível pela qual a camada de revestimento da superfície que contém o composto que apresenta uma tal estrutura cristalina de wurtzita, especificamente ZnO, permite alta lubricidade podia ser, por exemplo, que o composto que tem a estrutura cristalina de wurtzita é composta de grãos que está mais próximos do formato esférico do que aqueles das outras substâncias e possuem pequena resistência ao atrito em relação à matriz usada no processo de estampagem. Além disso, uma razão concebível pela qual este permite que a espessura do laminado seja tornada uniforme como mencionado acima podia ser, por exemplo, que o composto que tem a estrutura cristalina de wurtzita apresente um mais alto ponto de fusão (em torno de 1975°C para o ZnO, por exemplo) do que os outros compostos, tais como os compostos orgânicos e não fundam mesmo sob alta temperatura durante estampagem a quente (em torno de 800°C ou mais alta).
Em outras palavras, como apresentado antes, a camada de revestimento da superfície de acordo com esta modalidade tem ponto de fusão mais alto do que a camada de revestimento de alumínio e não funde mesmo no pico de temperatura pelo aquecimento. Portanto, a camada de revestimento de alumínio é retida entre camada de revestimento da superfície não fundida e a folha de aço. Como um resultado, acredita-se que mesmo se a camada de revestimento de alumínio fundir,será evitada a distribuição desigual da camada de revestimento de alumínio pela resistência e a tensão da camada de revestimento da superfície. Além disso, a camada de revestimento da superfície que contém pelo menos um composto que possui uma estrutura cristalina de wurtzita é extremamente eficaz para uniformidade da espessura do laminado comparada com a camada de revestimento das superfícies compostas de compostos inorgânicos de alto ponto de fusão com uma estrutura cristalina sem ser a wurtzita. Portanto, além do ponto de fusão citado antes, podem existir concebivelmente outros fatores, tais como resistência, tensão e similares, que sejam peculiares à estrutura cristalina de wurtzita e que permitam uniformização da espessura do laminado.
Devia ser observado que se presume que as razões e os fatores aqui mencionados sejam apenas algumas das causas para a manifestação dos resultados e, nem pé necessário citar, a presente invenção não está limitada por estes e a existência de outros fatores é concebível.
Não é evidente neste ponto porque o ZnO permite a aderência da película de tratamento de conversão química, porém supõe-se que como a reação de tratamento de conversão química progride com uma reação de ataque com ácido em relação ao substrato que age como um gatilho, a reação com a superfície de Al-Fe não ocorre facilmente porque a superfície é muito inerte ao ácido. Fornecendo o revestimento que contém ZnO e aquecendo o mesmo até 800°C ou acima, varia a constituição do revestimento de óxido, isto é, o óxido de Al se torna óxido de Al-Fe e acredita-se que isto muda a reatividade com o ácido da superfície.
Além disso, a camada de revestimento da superfície exibe o seu efeito de evitar a não uniformidade da espessura da camada de revestimento de alumínio fundida não apenas durante o aquecimento citado acima por aquecimento com resistência ou aquecimento por indução mas também ope ra, por exemplo, quando a folha de aço laminada é aquecida, processada ou similar em uma condição inclinada em um forno. Em outras palavras, comumente quando uma folha de aço laminada é aquecida estando em pé em uma inclinação, a camada de revestimento de alumínio fundida desce sob a força da gravidade e similares para causar distribuição desigual, porém esta distribuição desigual pode ser evitada pela folha de aço laminada de acordo com esta modalidade.
Exemplo 1
A presente invenção será explicada a seguir com mais detalhe pelos exemplos. Uma folha de aço laminada a frio da composição apresentada na tabela 1 (com uma espessura de 1,4 mm) foi laminada com Al pelo método de Sendzimir. A temperatura de recozimento nesta ocasião era de aproximadamente 800°C e o banho de revestimento de Al continha Si: 9% e adicionalmente continha o Fe eluído da tira de aço. O peso do revestimento após a laminação foi ajustado para 160 g/m2 em ambos os lados pelo método de esfregar com gás e depois do resfriamento, foi aplicada uma solução apresentada na tabela 2 com um aplicador de rolo e cozida em torno de 80°C. As soluções químicas apresentadas na tabela 2 usaram suspensão de nanotek da C.l. Kasei Co., Ltd. O tamanho do grão dos compostos nas soluções foi de aproximadamente 70 nm.
Devia ser observado que embora o teor de metal seja diferente entre os compostos na tabela 2, os teores de matéria não volátil nas soluções químicas são os mesmos e as quantidades das soluções aplicadas foram tornadas substancialmente as mesmas. A razão para os diferentes teores é que a proporção do peso molecular do composto para o teor de metal é diferente para cada composto. As características dos corpos de prova preparados desta maneira foram avaliadas pelos métodos a seguir. Lubricidade a Quente
A lubricidade a quente foi avaliada usando-se a aparelhagem apresentada na figura 1. Uma folha de aço com 150 x 200 mm foi aquecida até 900°C, esferas de aço foram então prensadas sobre a mesma acima de 700°C, a carga de compressão e a carga de estiramento foram medidas e o coeficiente de atrito dinâmico foi definido como carga de estiramento / carga de compressão.
Uniformidade da Espessura da Película de Revestimento de Al
Foram usados dois métodos. (Condição 1) corpos de prova com 70 x 150 mm foram colocados em um forno com seus lados de 70 mm alinhados verticalmente como apresentado na figura 2 e aquecidos até 900°C. Foi medida a diferença de espessura dos lados do fundo da folha entre antes e depois do aquecimento.
Condição 2
No outro processo, um corpo de prova com 80 x 400 mm foi preso por eletrodos em suas extremidades longitudinais opostas e a resistência aquecida, depois do que foi medida a diferença de espessura no meio antes e depois do aquecimento.
Capacidade de ser Soldado em Pontos
Um corpo de prova foi colocado em um forno, aquecido durante 6 minutos no forno a 900°C e depois da remoção foi imediatamente preso por uma matriz de aço inoxidável e rapidamente resfriado. A taxa de resfriamento neste ponto era de aproximadamente 150°C/segundo. A seguir ele foi cisalhado até 30 x 50 mm e foi medida a faixa de corrente de soldagem em ponto adequadas (corrente limite superior - corrente limite inferior). As condições de medição foram apresentadas a seguir. A corrente limite inferior foi definida como o valor habitual quando o diâmetro da pepita se tornou 4λ/ϊ (4,4 mm) e a corrente limite superior foi definida como a corrente que produz projeção.
Eletrodo: cromo-cobre, DR (6 mm φ ponta de 40 R) Pressão aplicada: 400 kgf
Tempo de solda: 12 ciclos (60 Hz) Resistência à Corrosão pós-pintura
Um corpo de prova foi colocado em um forno, aquecido durante 6 minutos no forno a 900°C e depois da remoção foi imediatamente preso a uma matriz de aço inoxidável e rapidamente resfriado. A taxa de resfriamento nesta ocasião foi de aproximadamente 150°C/segundo. O corpo foi a se28 guir cisalhado até 70 x 150 mm, sujeito a um tratamento de conversão química que usa uma solução de tratamento para conversão química (PBSX35T) da Nihon Parkerizing Co., Ltd., pintada com uma revestimento para eletrodoposição (Powernics 110) da Nippon Paint Co., Ltd. a um alvo de
20 μιτι e cozido a 170O.
A avaliação da resistência à corrosão pós-pintura foi feita pelo método descrito por JASO M609 estabelecido pela Society of Automotive Engineers of Japan. Foi usado um cortador para fazer um corte transversal na película de tinta e foi medida a largura (valor máximo em um lado) da bo10 lha da película de tinta do corte transversal depois de 180 ciclos (60 dias) de testagem de corrosão.
Tabela 1
Composição do Aço do Corpo de Prova (% em massa)
| cc | SSi | MMn | PP | SS | TTi | BB | AAI |
| 00,21 | 00,12 | 11,21 | 00,02 | 00,012 | 00,02 | 00,003 | 00,04 |
Tabela 2
Soluções de Tratamento de Revestimento
| SSÍMBOLO | AA | BB | CC | DD | EE | FF |
| CComposto | AAI2O3 | ZZnO | TTiO2 | SS1O2 | SSnC>2 | CCoO |
| PPeso do revestimento (*1) | 2 2g/m2 | 3 3g/m2 | 22 g/m2 | 2g/m2 | 3 3g/m2 | 3 3g/m2 |
| EEstrutura do cristal | CCoríndon | WWurtzita | RRutilo | AAmorfo | RRutilo | NNaCI |
*1: Tudo expresso por teor de metal (Al para AI2O3, Zn para ZnO)
Teores de matéria não volátil tudo a 15% em massa
Tabela 3
Resultados da Avaliação para Materiais Individuais
| SÍMBOLO | AA | BB | CC | DD | EE | FF | GG |
| Composto | AAI2O3 | ZZnO | TTiO2 | SSiO2 | SSnO2 | CCoO | Nnenhum |
| Lubricidade a quente | 00,92 | 00,61 | 00,88 | 00,96 | 11,01 | 00,94 | 00,95 |
| SÍMBOLO | AA | BB | CC | DD | EE | FF | GG | |
| Uniformidade da espessura da camada de revestimento | Condição 1 | 00,25 mm | 00 mm | 00,15 mm | 00,23 mm | 00,25 mm | 00,22 mm | 00,35 mm |
| Condição 2 | 00,5 mm | 0 0 mm | 00,42 mm | 00,65 mm | 00,53 mm | 00,5 mm | 00,77 mm | |
| Capacidade de soldagem em pontos | 11,9k A | 22kA | 22kA | 22.1 kA | 22kA | 22kA | 22,1 kA | |
| Resistência à corrosão pós-pintura | 8 8mm | 2 2mm | 7 7mm | 9 9mm | 112 mm | 110 mm | 6 6mm |
Os resultados da avaliação estão resumidos na tabela 3. A lubricidade a quente é indicada como o coeficiente de atrito dinâmico, a uniformidade da espessura da camada de revestimento como a diferença na espessura da folha entre antes e depois do aquecimento, a capacidade de soldagem em pontos como faixa de corrente adequada e a resistência à corrosão pós-pintura como o valor da largura da bolha. Os valores no caso de nenhum tratamento são apresentados na coluna mais à direita. Pode ser observado que a formação de um revestimento que contenha o composto ZnO wurtzita melhorou a lubricidade a quente, a uniformidade da espessura da camada de revestimento e a resistência à corrosão pós-pintura, enquanto a capacidade de soldagem em pontos era aproximadamente a mesma. Os compostos que possuem outras estruturas cristalinas não exibiram efeito de melhoria acentuada para qualquer uma das características. Um teste de estampagem a quente real foi conduzido para verificar o efeito de lubricidade a quente do ZnO. Quando um corpo de prova revestido com ZnO a 3 g/m2 e um corpo de prova não revestido com ZnO foram formados no formato de traves de impacto de portas, o corpo de prova ao qual não foi aplicado um revestimento de ZnO experimentou rachadura ao passo que o corpo de prova revestido com ZnO não experimentou rachadura, confirmando desse modo o efeito de melhoria da lubricidade. O estado da rachadura neste tempo é apresentado na figura 4.
A seguir, para confirmar a quantidade necessária de revestimen30 to de ZnO, a lubricidade a quente foi avaliada a pesos de revestimentos variáveis. As soluções químicas foram aquelas apresentadas acima. Os resultados são apresentados na figura 3. A lubricidade a quente melhorou na região do teor de Zn de desde aproximadamente 0,5 g/m2 para mais, mais preferivelmente de 1 g/m2 para mais.
Por outro lado, também foi feita medida em relação ao peso do revestimento da película de tratamento por conversão química. Os resultados são apresentados na figura 5. O peso do revestimento P aumentou com o aumento do peso do revestimento de Zn. O peso do revestimento P tendia a saturado de desde Zn de 3 g/m2 para mais.
A resistência à corrosão pós-pintura neste tempo também foi avaliada e foi descoberto que a resistência à corrosão pós-pintura melhorou substancialmente em proporção ao peso do revestimento da película de tratamento por conversão química.
Por este fato, é considerado que a capacidade de tratamento por conversão química da folha de aço laminada com alumínio foi melhorada provavelmente pela aplicação do revestimento de ZnO. Embora as particularidades do mecanismo sejam desconhecidas, acredita-se que alguma espécie de reação possivelmente ocorre entre o ZnO e o Al no laminado sob o ambiente a alta temperatura da estampagem a quente, formando desse modo um revestimento de complexo à base de ΑΙ-Zn que inibe a geração de um revestimento de AI2O3.
Além disso, para confirmar o efeito da estrutura cristalina do composto, foram realizados testes em relação a outros compostos de wurtzita. Uma pequena quantidade de resina uretana foi misturada com pós finos de AIN e de Estanho (tamanho do grão em torno de 0,2 pm) e misturado muito bem para preparar soluções para revestimento. As soluções para revestimento obtidas foram aplicadas sobre folhas de aço laminadas com alumínio cada um a um alvo de 2 g/m2 em termos de Al e Ti e cozidas a 80°C. Depois da avaliação, foi descoberto que lubricidades a quente dos corpos de prova eram de 0,65 e 0,68, respectivamente. De uma comparação com os exemplos com o uso de AI2O3 θ TiO2 na tabela 3, é considerado que os compostos de estrutura cristalina de wurtzita são superiores.
Exemplo 2
A uma suspensão de finas partículas de ZnO (suspensão de nanotek da C.l. Kasei Co., Ltd.) foi adicionada resina acrílica solúvel em água a uma proporção em peso de 5 a 20% em relação a Zn e agente de acoplamento de silano a uma proporção em peso de 10 a 20%, sendo que depois disso a solução obtida foi aplicada e avaliada da mesma maneira como apresentada anteriormente. Além disso, foi conduzido um teste de esmeriIhamento para avaliar a propriedade de descascamento do revestimento. As 10 condições neste tempo eram uma carga de 1500 g e número de repetições
10, os pesos dos revestimentos foram medidos antes e depois da testagem e foi calculada a proporção da quantidade exfoliada para a quantidade inicial. Os resultados da avaliação neste tempo estão resumidas na tabela 4. Tabela 4
Resultados da avaliação para materiais individuais
| Símbolo | hH | II | jJ | kK | IL | mM | nN |
| Teor de ZnO (g/m2) | 11,0 | 11,0 | 11,0 | 11,0 | 33,0 | 22,0 | 22,0 |
| Tipo de aglutinante (*) | Nnenhum | AA | AA | AA | AA | BB | BB |
| Teor de aglutinante (%) | - | 55 | 110 | 220 | 110 | 110 | 220 |
| Descascamento da camada (%) | 225 | 22 | 11 | <1 | 11 | 22 | 11 |
| Lubricidade a quente | 00,6 | 00,55 | 00,53 | 0,55 | 00,50 | 00,52 | 00,5 3 |
| Uuniformi- Condição 1 dade da espessura da camada de laminado | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 00 mm | Omm | 0 Omm |
| Condição 2 | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm | 0 Omm |
| Capacidade de soldagem em pontos | 22kA | 22kA | 22.1 kA | 22kA | 22kA | 22,1kA | 22kA |
| Resistência à corrosão pós-pintura | 22,5 mm | 22,5 mm | 22,5 mm | 22,5 mm | 2 2mm | 2 2mm | 2 2mm |
(*) Aglutinante
A: Resina acrílica (ácido poliacrílico)
B: Agente de acoplamento de silano (25% de Si calculados como S1O2, ShinEtsu Silicone
Quando 0 componente aglutinante estava ausente, 0 revestimento descascou quando foi esfregado fortemente. No entanto, 0 descascamento cessou quando foi fornecido um histórico térmico equivalente a uma estampagem a quente. Embora não seja sabido se 0 descascamento deste grau fosse um problema em aplicação prática, nenhum descascamento evidentemente é preferível. A adição de um componente aglutinante inibia 0 descascamento e melhorou mais ainda a lubricidade a quente. E foi determinado que as outras características não foram afetadas.
Embora os modos de realização preferidos da presente invenção quando explicados em detalhe com referência aos desenhos anexos acima, entende-se que a presente invenção não está limitada a estes exemplos. Além disso, embora fosse feita explicação considerando-se uma folha de aço como um exemplo, entende-se que a aplicação é possível para materiais de aço de formatos variados, inclusive aço em barra, fio, tubo de aço e similares, sem limitação aos de formato de folha. Uma pessoa que tenha um conhecimento normal no campo da tecnologia à qual pretende a presente invenção será obviamente capaz de conceber várias mudanças e modificações dentro do âmbito da idéia técnica apresentada nas reivindicações e entende-se que todas estas naturalmente se encontrem dentro do âmbito técnico da presente invenção.
Exemplo 3
Para determinar 0 efeito do tamanho do grão de ZnO , foram usados sóis de ZnO comercialmente disponíveis de tamanhos do grão variáveis, com 5% de aglutinante A do segundo exemplo adicionado. A solução foi misturada muito bem e então deixada em repouso a 40°C durante 24 horas e foi julgado visualmente se ocorreu ou não sedimentação de ZnO. Os critérios de julgamento foram os seguintes.
Tabela 5: Resultados de Propriedade Evolução de Sedimentação ZnO
| SÍMBOLO | OO | PP | RR | SS | TT | UU | |
| Tamanho do grão (pm) | 00,05 | 00,1 | 00,3 | 00,5 | 11 | 33 | 55 |
| Propriedade de sedimentação | o | o | o | Δ | X | X | X |
o: Sem sedimentação Δ: Leve sedimentação x: Sedimentação
A sedimentação de ZnO foi observada quando o tamanho do grão de ZnO era grande. (Alguma sedimentação foi observada mesmo a um tamanho do grão de ZnO de 0,5 pm.) Um pó de tamanho do grão de 0,01 pm também foi testado, porém ocorreu aglomeração secundária no sol, de modo que o tamanho do grão no sol ficou em torno de 0,05 pm. Foi portanto impossível obter uma solução cujo tamanho do grão no sol fosse de 0,05 pm ou menor.
APLICABILIDADE INDUSTRIAL
Na estampagem a quente de folha de aço laminada com alumínio, a presente invenção permite o processamento enquanto garante boa lubricidade e uniformidade no laminado, permitindo desse modo uma estampagem mais complexa do que no passado. Além disso, pode ser economizada mão de obra na manutenção e no reparo da estampagem a quente e a produtividade também é melhorada. Como a capacidade de se tratar com conversão química do produto processado depois da estampagem a quente é boa, também é observada melhoria de acabamento da tinta uma resistência à corrosão do produto final. Devido a estes fatos, acredita-se que a presente invenção irá expandir a faixa de aplicação de estampagem a quente a aço laminado com alumínio e melhorar a aplicabilidade dos aços laminados com alumínio para automóveis e equipamento industrial que são as aplicações finais.
EXPLICAÇÃO DOS SÍMBOLOS
Forno
Elemento aquecedor
Carga
| 34 | ||
| 22 | Esfera de aço | |
| 31 | Unidade de direcionamento de corpo no forno | |
| 32 | Caminho da bola | |
| 33 | Célula de carga | |
| ΤΡ | Corpo de prova |
REIVINDICAÇÕES
Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES1. Folha de aço laminada com alumínio para estampagem a quente, caracterizada pelo fato de que compreende:uma camada de revestimento de alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados de uma folha de aço, a camada de revestimento de alumínio consistindo em:3 a 15% em massa de Si, alumínio e impurezas inevitáveis e uma camada de revestimento da superfície sobreposta à(s) camada(s) de revestimento de alumínio e contendo pelo menos ZnO apresentando uma estrutura cristalina de wurtzita sendo que o teor de ZnO na camada de revestimento na superfície sobre um lado da folha de aço é de 0,5 até 7 g/m2 como Zn.
- 2. Folha de aço laminada com alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de revestimento da superfície contém além de ZnO, um componente de resina e/ou um agente de acoplamento de silano.
- 3. Folha de aço laminada com alumínio, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho do grão do ZnO é de 50 a 300 nm e a camada de revestimento da superfície contém além de ZnO, um componente de resina e/ou um agente de acoplamento de silano a uma proporção em peso em relação a ZnO de 5 a 30%.
- 4. Folha de aço laminada com alumínio, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a folha de aço apresenta orifícios na camada de revestimento da superfície.
- 5. Método de estampagem a quente de folha de aço laminada com alumínio, como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de aquecer a folha de aço revestida de alumínio decapada que compreende uma camada de revestimento de alumínio formada sobre um lado ou sobre ambos os lados da folha de aço e uma camada de revestimento da superfície que contém ZnOPetição 870190054514, de 13/06/2019, pág. 4/9 sobreposta à(s) camada(s) de revestimento de alumínio com uma taxa de aumento da temperatura média de aquecimento por aquecimento com resistência ou por aquecimento por indução durante o aquecimento antes da estampagem sendo de 50°C a 300°C/segundo desde uma temperatura da folha de aço laminada de 600°C até uma temperatura de 10°C inferior ao pico de temperatura do aquecimento antes da estampagem sendo superior a 850° C e inferior a 1100°C, e formar a folha de aço laminado com alumínio aquecida por estampagem.
- 6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de recozer em câmara a folha de metal laminada com alumínio bobinada, em seguida, aquecer a folha de aço revestida de alumínio decapada.
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