ES2247383T3 - Lamina de acero para el esmaltado vitreo excelente en sus posibilidades de ser trabajada y de resistencia a la formacion de escamas, y metodo para producir la misma. - Google Patents
Lamina de acero para el esmaltado vitreo excelente en sus posibilidades de ser trabajada y de resistencia a la formacion de escamas, y metodo para producir la misma.Info
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Abstract
Una lámina de acero para el esmaltado vítreo, excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia a la formación de escamas, caracterizada por: un acero que contiene, en masa, C: 0, 010% o menos, Mn: 0, 03 a 1, 3%, Si: 0, 03% o menos, Al: 0, 02% o menos, N: 0, 0055% o menos O: 0, 005 a 0, 055%, P: por debajo de 0, 035%, S: más de 0, 025% a 0, 08%; Nb: más de 0, 004 a 0, 06%, y V: 0, 003 a 0, 06%, opcionalmente Cu: 0, 02 a 0, 045%, y además, opcionalmente, uno o más de As, Ti, B, Ni, Se, Cr, Ta, W, Mo, Sn y Sb en un 0, 02% en masa o menos, en total, con el resto consistente en Fe e impurezas inevitables, y que tienen espacios vacíos de 0, 10 ìm o más, en tamaño entre los granos de óxido, en la que el cambio de densidad de la lámina de acero después de un recocido a 850°C, durante 20 horas, en una atmósfera de hidrógeno, es de 0, 02% o más.
Description
Lámina de acero para el esmaltado vítreo
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y de resistencia a
la formación de escamas, y método para producir la misma.
La presente invención se refiere a una lámina de
acero para el esmaltado vítreo, excelente en las propiedades de
esmaltado (resistencia a la formación de ampollas de y manchas
negras, adherencia del esmalte y resistencia a la formación de
escamas) y en sus posibilidades de ser trabajada, y a un método para
producir la lámina de
acero.
acero.
Se produjo, de forma convencional, una lámina de
acero para el esmaltado vítreo sometiendo un acero de efervescencia
interrumpida o un acero efervescente, a colada en lingote,
laminación de desbaste, laminación en caliente, laminación en frío
y, luego, a un recocido de bandas metálicas en bobina para la
descarburación y a un recocido adicional de desnitruración para
disminuir los contenidos de carbono y nitrógeno hasta varias decenas
de ppm o menos. Sin embargo, una lámina de acero para el esmaltado
vítreo, producido mediante estos procedimientos, tenían las
siguientes limitaciones: la lámina de acero se fabricaba mediante
procedimientos de colada en lingote y laminación de desbaste; se
requerían procedimientos de recocido para la descarburación y
desnitruración; y, como consecuencia, el coste de fabricación era
alto.
Con estos antecedentes, se desarrollaron
tecnologías para producir una lámina de acero para el esmaltado
vítreo empleando colada continua que estaban dirigidas a superar las
limitaciones. Actualmente, es una práctica común producir una lámina
de acero para el esmaltado vítreo por el método de colada continua
para reducir el coste de fabricación. Como ejemplo de tales
tecnologías, la Publicación de la Patente Japonesa, no examinada, Nº
H07-166295 describe una tecnología para la
producción de una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
sometiendo a colada un acero con alto contenido de oxígeno. Sin
embargo, una lámina de acero para el esmaltado vítreo, producido por
esta tecnología es inferior en las propiedades del esmaltado y no es
aplicable a productos embutidos que tengan formas complicadas.
El hallazgo de que una adición de Nb y V hace
posible producir una lámina de acero para el esmaltado vítreo, que
tiene buenas posibilidades de ser trabajada y buenas propiedades de
esmaltado, se ha descrito en la Publicación de la Patente Japonesa,
no examinada, Nº H1-275736. Esta es una tecnología
que hace época, en la que se añaden Nb y V como elementos capaces de
mantener un alto contenido de oxígeno en un acero, gracias a su baja
capacidad de desoxidación, y que crea buenas posibilidades de ser
trabajado fijando el C y el N en el acero en forma de carburo y
nitruro. Además de esto, aunque no está relacionado con las
propiedades del esmaltado y con las posibilidades de ser trabajada,
la Patente Japonesa Nº 2040437 describe una lámina de acero para el
esmaltado vítreo que contiene Nb y V, en la que añadiendo Sn se
impide el probable hinchamiento que, peculiarmente, tiene lugar
durante la colada bajo condiciones especiales.
Además, como resultado de los esfuerzos para
mejorar una lámina de acero para el esmaltado vítreo que contiene Nb
y V, y que es excelente en la resistencia a la formación de escamas
y en su capacidad de embutición profunda, los presentes inventores
presentaron la Solicitud de Patente Japonesa Nº
2000-390332. Sin embargo, aunque una lámina según
esta tecnología propuesta asegura una valor de r alto y
estable, no es suficiente para conseguir una resistencia a la
formación de escamas tan buena como, o mejor que, la de un acero
exento de aluminio, de alto contenido de oxígeno, simultáneamente
con un buen valor de r. Se sabe que para suprimir la
formación de escamas de una lámina de acero para el esmaltado
vítreo, resulta eficaz formar espacios vacío en una lámina de acero
y atrapar, en los espacios vacíos, el hidrógeno que ha penetrado en
la lámina de acero durante la cocción del esmalte vítreo. Sin
embargo, la mera formación de espacios vacíos no incrementa
necesariamente la capacidad de atrapar el hidrógeno. En diversas
tecnologías, se ha señalado la influencia de una composición química
sobre las propiedades del esmaltado vítreo, y se han descrito
diversas tecnologías de prescripción de la composición química de un
acero, especialmente para mejorar la resistencia a la formación de
escamas.
Es de conocimiento público, por ejemplo mediante
la Publicación de Patente Japonesa no examinada, Nº
H1-275736 y la Patente Japonesa Nº 2040437, que la
adición de Nb y de V hace posible producir una lámina de acero para
el esmaltado vítreo que tenga buenas posibilidades de ser trabajada
y buenas propiedades del esmaltado. Aunque se pueden interpretar
estas tecnologías desde el punto de vista de la resistencia a la
formación de escamas, como las que proponen la formación de espacios
vacíos y la mejora de la capacidad de los espacios vacíos para
atrapar hidrógeno, cuesta decir que en las tecnologías se emplea el
control óptimo desde el punto de vista del volumen, la forma y
naturaleza de los espacios vacíos. Como resultado, las tecnologías
son insuficientes para mejorar la resistencia a la formación de
escamas, y está dificultada su aplicación a usos prácticos.
El objeto de la presente invención es superar los
problemas, anteriormente mencionados, de una lámina de acero
convencional para el esmaltado vítreo, proporcionando una lámina de
acero sin envejecer para el esmaltado vítreo, producido mediante
colada continua, que es excelente en la resistencia a la formación
de escamas en un esmaltado de una capa y proporcionando un método
para producir la lámina de acero. La presente invención hace posible
obtener una lámina de acero que tenga un valor de r más alto,
que es un indicador de la capacidad de embutición profunda cuando la
lámina de acero contiene Nb y V, que el de una lámina de acero
convencional.
La presente invención se ha establecido como
resultado de diversos estudios que están dirigidos a superar las
limitaciones de las láminas de acero convencionales y sus métodos de
producción. Los hallazgos A) a E), descritos más adelante, se han
obtenido como resultado de examinar la influencia de las condiciones
de producción sobre las posibilidades de ser trabajada y las
propiedades de esmaltado de una lámina de acero para el esmaltado
vítreo, que usan los aceros que tienen las composiciones químicas
especificadas más adelante como ejemplos.
| C: | 0,0005 a 0,010%, |
| Mn: | 0,02 a 1,5%, |
| O: | 0,015 a 0,07%, |
| Nb: | 0,002 a 0,1%, |
| V: | 0,002 a 0,1% |
| Cu: | 0,08% o menos, |
| Si: | 0,05% o menos, |
| P: | 0,005 a 0,045%, |
| S: | 0,12% o menos, |
| Al: | por debajo de 0,03%, y |
| N: | 0,001 a 0,0065%. |
Temperatura de recalentamiento: 1.250 a
1.050ºC,
Temperatura de acabado: 750 a 950ºC,
Temperatura de enrollamiento: 500 a 800ºC,
Relación de la reducción en frío: 50% o más,
y
Recocido: 650 a 850ºC, durante 1 a 300
minutos.
Se examinó la resistencia a la formación de
escamas, los defectos superficiales que tienen relación con la
formación de ampollas y de manchas negras, y la adherencia del
esmalte, después de someter una lámina de acero a decapado,
tratamiento con Ni, y luego un tratamiento de esmaltado con una capa
para formar una película de esmalte de 100 \mum de espesor. Los
hallazgos obtenidos como resultado son como sigue:
A) Cuanto más bajas son las cantidades de C y de
oxígeno, mejor es la capacidad de embutición profunda.
B) La capacidad de embutición profunda se mejora,
y se disminuye el envejecimiento cuando a un acero que tiene un
contenido de S comparativamente alto se le añade Mn en una cantidad
prescrita o más.
C) Con respecto a la capacidad de embutición
profunda, se obtiene un alto valor de r cuando se añade Nb en
un 0,004% o más, a un acero que contiene C en un 0,0025% o
menos.
D) Se obtiene un índice de envejecimiento de 5
MPa o menos, sin tener en cuenta las condiciones del recocido,
cuando se satisfacen las siguientes condiciones de los elementos
componentes; C: 0,0025% o menos; V: 0,003% o más y Nb: 0,004% o
más.
E) El tiempo de penetración del hidrógeno, que
tiene una buena correlación con la resistencia a la formación de
escamas, está influenciado por el contenido de oxígeno, Mn, S, V y
Nb y, cuanto más grandes son las cantidades de adición de estos
elementos, más largo es el tiempo de penetración del hidrógeno.
Lo esencial de la presente invención, que se ha
establecido basándose en los hechos anteriores, es como sigue.
(1) Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia
a la formación de escamas, como se determina en la reivindicación
1.
(2) Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabaja y en su resistencia a
la formación de escamas, según (1), y que contiene, en masa,
| C: | 0,0025% o menos, |
| Mn: | 0,05 a 0,8%, |
| Si: | 0,015% o menos, |
| Al: | por debajo de 0,015%, |
| N: | 0,0045% o menos, |
| O: | 0,005 a 0,055%, |
| P: | por debajo de 0,025%, y |
| S: | por encima de 0,025% a 0,08%; |
| Cu: | 0,02 a 0,045%, |
| Nb: | por encima de 0,004% a 0,06%, y |
| V: | 0,003 a 0,06%. |
(3) Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia
a la formación de escamas, según (1) o (2), en la que la lámina de
acero tiene espacios vacíos que tienen un tamaño de 0,10 \mum o
más, y menos de 0,80 \mum.
(4) Un método para producir una lámina de acero
para el esmaltado vítreo, excelente en sus posibilidades de ser
trabajada y en su resistencia a la formación de escamas, según (1),
(2) o (3), caracterizado por: en el laminado en caliente en el
intervalo de temperaturas de 600ºC o superior, laminar en caliente
el acero, de forma que la deformación real total sea 0,4 o más, bajo
las condiciones de que la temperatura sea 1.000ºC o superior y que
la velocidad de deformación sea 1/s o más; y después de ello,
laminar en caliente el acero, de forma que la deformación real total
sea 0,7 o más,
bajo las condiciones de que la temperatura sea 1.000ºC o inferior, y la velocidad de deformación sea 10/s o más.
bajo las condiciones de que la temperatura sea 1.000ºC o inferior, y la velocidad de deformación sea 10/s o más.
La Fig. 1 muestra las superficies interiores
activadas del acero antes de recocer a 850ºC durante 20 horas.
La Fig. 2 muestra las superficies interiores
activadas del acero después de recocer a 850ºC durante 20 horas.
La Fig. 3 muestra un estado en el que el
hidrógeno está atrapado en los espacios vacíos de las superficies
interiores activadas.
La Fig. 4 muestra una relación entre el tiempo de
laminado y el cambio de densidad.
La presente invención está descrita en detalle de
aquí en adelante.
En primer lugar, se explica con detalle la
composición química de un acero.
Desde hace tiempo se sabe que cuanto más baja es
la cantidad de C en el acero, mejores son las posibilidades de ser
trabajado. Por consiguiente, en la presente invención, el contenido
de C se determina que va a ser 0,010% o menos. Además, con el fin de
suprimir el envejecimiento y obtener un valor de r más alto
que el de un acero convencional, que no contiene Nb o V, (que tiene
un valor de r de 1,7, o más o menos) añadiendo Nb y V, es
deseable que el contenido de C esté controlado en 0,0025% o menos.
Un contenido más preferible de carbono es 0,0015% o menos. Aunque no
es necesario especificar el límite inferior del contenido de C, es
deseable que el contenido de C sea 0,0005% o más, ya que una mayor
reducción del contenido de C aumenta el coste en la fabricación del
acero.
El contenido de Si se determina que va a ser
0,04% o menos, porque el Si tiende a deteriorar las propiedades del
esmaltado. Es deseable, por la misma razón, controlar el contenido
de Si en 0,015% o menos. Un contenido de silicio todavía preferible
es 0,008% o menos, para conseguir buenas propiedades de
esmaltado.
El Mn es un componente importante que influye en
las propiedades del esmaltado en combinación con la adición de
cantidades de oxígeno, V y Nb. El Mn es también un elemento para
evitar la fragilidad en caliente, originada por el S durante el
laminado en caliente y, según la presente invención, se determina
que el contenido de Mn va a ser 0,03% o más, en un acero que
contenga oxígeno. Un contenido preferible de Mn es 0,05% o más.
Hablando de forma general, cuando el contenido de Mn es alto, la
adherencia del esmalte se ve afectada negativamente y es probable
que se den ampollas y manchas negras, pero, en un acero según la
presente invención, que se desea que tenga un contenido de S más
alto que un acero convencional, los efectos negativos originados por
la adición de Mn no son significativos. Además, se mejora la
resistencia a la formación de escamas mediante un aumento del
contenido de Mn y, por esta razón, se añade Mn enérgicamente. Por
las anteriores razones, el límite superior del contenido de Mn se
establece en 1,5%. Un límite superior preferible del contenido de Mn
es 0,8% y, más preferiblemente, 0,6%.
El oxígeno tiene una influencia directa sobre la
resistencia a la formación de escamas y sobre las posibilidades de
ser trabajado. También afecta a la adherencia del esmalte, la
formación de ampollas y la resistencia a la formación de manchas
negras y a la resistencia a la formación de escamas en combinación
con los contenidos de Mn, Nb y V. Por estas razones, es deseable que
el contenido de oxígeno sea 0,005% o más, para demostrar estos
efectos. Cuando su contenido es alto, sin embargo, el alto contenido
de oxígeno deteriora directamente las posibilidades de ser trabajado
y, además, tiende a disminuir la eficacia de la adición del Nb y V
y, haciéndolo así, deteriora indirectamente las posibilidades de ser
trabajado y la propiedad del envejecimiento. Por estas razones, es
deseable establecer el límite superior del contenido de oxígeno en
0,055%.
El Al es un elemento desoxidante, y para mejorar
la resistencia a la formación de escamas, que es un índice de las
propiedades del esmaltado, es deseable retener una cantidad adecuada
de oxígeno en un acero en la forma de óxido. Para este fin, el
contenido de Al se determina que va a estar por debajo del 0,02%. Un
contenido deseable de Al está por debajo de 0,015%.
El N es un elemento en solución sólida
intersticial como el C. Cuando su contenido excede el 0,0045%, las
posibilidades de ser trabajado tienden a deteriorarse incluso con la
adición de Nb y V, y llega a ser difícil producir una lámina de
acero estabilizada. Por esta razón, el límite superior del contenido
de N se establece en 0,0055%. Un contenido preferible de N es
0,0045% o menos. Aunque no es necesario especificar el límite
inferior del contenido de N, un límite inferior deseable es 0,001%,
ya que la reducción del contenido de N a 0,001% o menos, es costosa
con las actuales tecnologías de la fabricación del acero.
Cuando el contenido de P es alto, la velocidad de
decapado en un procedimiento de tratamiento previo para el
esmaltado, se acelera y, como resultado, aumentan los hollines, lo
que origina ampollas y manchas negras. Por esta razón, en la
presente invención se limita el contenido de P por debajo de 0,035%.
Un contenido preferible de P está por debajo de 0,01%.
Es especialmente deseable, en la presente
invención, hacer el contenido de S superior al de una lámina de
acero convencional, y su intervalo del contenido se determina que va
a ser de 0,025 a 0,08%. El S existe predominantemente en forma de
sulfuro de Mn y Cu en un acero. Por lo tanto, cuando se cambia el
contenido de S, como consecuencia cambia la forma y la cantidad de
los sulfuros de Mn y Cu. Mientras tanto, el Mn existe también en el
acero en forma de óxido. En particular, en un acero que contiene Nb
y V, que se considera especialmente deseable en la presente
invención, el Mn existe en forma de óxido compuesto de
Nb-V-Mn-Si-Fe
y, como consecuencia, el cambio en el contenido de Mn, que trabaja
eficazmente en forma de óxido, ejerce una influencia más complicada
que en el caso en el que el Mn existe en forma de óxido de Mn
simple. Es decir, cuando el Mn existe en forma de óxido de Mn
simple, un cambio en el contenido del Mn da lugar, principalmente, a
un cambio en la cantidad del óxido directamente, y el cambio en la
forma, tal como el amaño de los granos de óxido, es comparativamente
más pequeño. Por otro lado, cuando el Mn existe en forma del óxido
compuesto, con Nb y otros elementos, incluso en el caso en el que el
contenido de Mn cambie, por ejemplo cuando disminuye, algunas veces
se pone en marcha la acción de suprimir el cambio de la cantidad del
óxido originada por el cambio de la composición del óxido hacia el
óxido de alto contenido de Nb. Al mismo tiempo, también se considera
que cuando el óxido con alto contenido de Nb es inestable, la
disminución de la cantidad de óxido es mayor que la de la cantidad
de Mn, dependiendo de las condiciones. Además, cuando el Mn existe
en forma de óxido simple, la composición del óxido es más o menos
constante en la forma de óxido de Mn, mientras que cuando el Mn
existe en forma de óxido compuesto, por ejemplo tomando en
consideración el Mn y el Nb, la relación entre el Mn y el Nb varía
ampliamente de Mn-O a Nb-O y la
composición varía más ampliamente. Una diferencia en la composición
del óxido supone una diferencia en las propiedades del óxido, tal
como la dureza y la ductilidad, y tiene influencia
significativamente
en los estado de la elongación y en la rotura del óxido en el laminado en caliente y en el laminado en frío.
en los estado de la elongación y en la rotura del óxido en el laminado en caliente y en el laminado en frío.
En el caso en el que están incluidos, en un grano
del óxido, muchas clases de elementos tales como Nb, V, Mn, Si y Fe,
la situación es más complicada y, por lo tanto, llega a ser muy
importante controlar los contenidos de los elementos en el grano de
óxido para mejorar las propiedades de una lámina de acero, como cosa
normal, dependiendo de sus contenidos en el acero y de las
condiciones de producción. Además, cuando el contenido de S aumenta,
la cantidad de Mn soluto disminuye. Como consecuencia, en ese caso,
incluso cuando la cantidad de Mn aumenta, el deterioro de la
resistencia a la formación de ampollas y de manchas negras
disminuye, y se hace apreciable el efecto de generar cementita
usando granos de MnS como núcleos y, por eso, el envejecimiento
originado por el C soluto también disminuye. Como estos efectos no
se ven en un acero convencional sino solo en un acero que contenga
elementos formadores de óxidos, tales como Nb y V junto con Mn, se
supone que los efectos están relacionados con el MnS, cuya
precipitación se acelera usando los granos de óxido que contienen
Mn, Nb, V, etcétera, como núcleos de precipitación.
El V es un componente deseable para ser añadido
en la presente invención. Cuando se añade, el V fija el C y el N y,
por eso, impide el deterioro de la capacidad de embutición profunda
originado por el N y el deterioro de la aptitud para ser conformado
por presión resultante de la disminución de la elongación originada
por el envejecimiento. Una parte del V añadido a un acero se combina
con el oxígeno en el acero para formar óxido y, por eso, juega un
papel eficaz en la prevención de la formación de escamas. También
tiene el efecto indirecto de mejorar las posibilidades de ser
trabajado, disminuyendo la cantidad del oxígeno requerido para
suprimir la existencia de escamas. Por estas razones, es deseable
establecer el límite inferior del contenido de V en 0,003%. Por otro
lado, cuando aumenta la cantidad de adición de V, se deteriora la
adherencia del esmalte y la resistencia a la formación de ampollas y
de manchas negras y, por lo tanto, es deseable, si se añade,
establecer su límite superior en 0,06%.
El Nb es otro elemento deseable para ser añadido
en la presente invención. El Nb fija el C y el N, por eso, mejora la
capacidad de embutición profunda y da lugar a un no envejecimiento
de la lámina de acero. El Nb añadido a un acero también se combina
con el oxígeno en el acero para formar óxido y, por eso, juega un
papel eficaz en la prevención de la formación de escamas. También
tiene el efecto indirecto de mejorar las posibilidades de ser
trabajado, disminuyendo la cantidad del oxígeno requerido para
suprimir la existencia de escamas. Por estas razones, es deseable
que el contenido de Nb, si se añade, esté por encima de 0,004%. Sin
embargo, cuando la cantidad de adición de Nb aumenta, se deteriora
la adherencia del esmalte y la resistencia a la formación de escamas
y de manchas negras, por esta razón, es deseable, si se añade,
establecer el límite superior del contenido de Nb en 0,06%.
Es bien conocido que el Cu tiene la función de
suprimir la velocidad de decapado en un tratamiento previo del
esmaltado. En la presente invención, se requiere Cu para ser añadido
en al menos el 0,02%, si se añade, para demostrar el efecto
anterior. Sin embargo, ya que un acero según la presente invención
contiene cantidades extremadamente pequeñas de C y de N solutos,
porque la adición de Nb y V, cuando el efecto de suprimir la
velocidad de decapado es demasiado fuerte, deteriora la adherencia
del esmalte en el intervalo en el que el tiempo de decapado es
corto. Por esta razón, es deseable, si se añade, establecer el
límite superior del contenido de Cu a 0,045%.
Es deseable disminuir los contenidos de las otras
impurezas inevitables, porque tienen efectos adversos sobre las
propiedades del material y sobre las propiedades del esmaltado. En
la medida en que el contenido total de uno o más del As, Ti, B, Se,
Ta, Ni, Cr, W, Mo, Sn, Sb, La, Ce, Ca y Mg es 0,02% o menos, los
efectos de la presente invención no están se ven significativamente
obstaculizados. En otras palabras, en la medida en que los
contenidos totales no exceden los límites anteriores,
respectivamente, se pueden añadir de forma activa en la búsqueda de
las ventajas en la producción o en la calidad, además de las
ventajas proyectadas en la presente invención.
La presente invención se caracteriza por
controlar el cambio de la densidad de un acero cuando permanece a
alta temperatura durante largo tiempo. Aquí, se considera que el
cambio de la densidad va a ser un indicador que exprese la actividad
de las superficies interiores de los espacios vacíos en un acero,
que es una de las características requeridas de un acero según la
presente invención. Específicamente, para obtener una buena
resistencia a la formación de escamas, es necesario que el cambio de
densidad de una lámina de acero, desde antes del recocido hasta
después del recocido a 850ºC durante 20 h, en atmósfera de
hidrógeno, sea del 0,02% o más. La razón de esto no está clara, pero
se supone que para que los espacios vacíos funcionen eficazmente
como sitios para atrapar hidrógeno, el estado de sus superficies
interiores, así como su forma y volumen, es significativo. En otras
palabras, se supone que estos espacios vacíos existentes en las
superficies interiores desaparecen fácilmente durante su permanencia
a alta temperatura, concretamente estos espacios vacíos afectados
por el cambio de la densidad de una lámina de acero durante su
permanencia a alta temperatura, están en estado activado, que las
superficies interiores activadas están muy inclinadas a reaccionar
con el Fe o con elementos formadores de óxidos suministrados
mediante la difusión a una alta temperatura de 850ºC durante 20
horas y, por eso, se aniquilan ellos mismos y que, al mismo tiempo,
las superficies interiores activadas están en el estado de tener una
alta capacidad de atrapar hidrógeno reaccionando fácilmente con el
hidrógeno que penetra en el acero durante la etapa de enfriamiento
después de la etapa de cocción y enfriamiento a temperatura ambiente
y su adsorción. Las Figuras 1 a 3 muestran esquemáticamente las
situaciones explicadas anteriormente, La Fig. 1 muestra las
superficies interiores activadas del acero antes de recocer a 850ºC
durante 20 horas. Las líneas en negrita representan las superficies
interiores activadas. La Fig. 2 muestra las superficies interiores
activadas del acero después de recocer a 850ºC durante 20 horas, y
también muestra que las superficies interiores no se encuentran
activadas. Además, la Fig. 3 muestra un estado en el que el
hidrógeno está atrapado en los espacios vacío de las superficies
interiores activadas. En la Fig. 3 los pequeños círculos representan
hidrógeno.
Además, llega a ser posible obtener mejores
propiedades especificando el tamaño de los espacios vacíos en un
acero. Específicamente, es necesario que existan espacios vacíos de
0,10 \mum o más entre las partículas de óxido aplastadas y
dispersas. La razón de esto no está clara, pero se supone que es
significativo tener los espacios vacíos funcionando eficazmente como
sitios que atrapan el hidrógeno, el estado de tensión en las
proximidades de los espacios vacíos, así como su forma y volumen. En
otras palabras, se supone que cuando los espacios vacíos son de
tamaño pequeño, los campos de fuerzas alrededor de los espacios
vacíos son pequeños y, en consecuencia, los espacios vacíos no
pueden atrapar eficazmente el hidrógeno que pasa cerca de ellos por
difusión, pero que cuando los espacios vacíos son lo suficientemente
grandes para formar grandes campos de fuerzas, los espacios vacíos
atrapan el hidrógeno eficazmente desde un área más amplia gracias a
los grandes gradientes de fuerza. Aquí, cuando el volumen total de
los espacios vacíos es constante, resulta más ventajoso dispersar un
gran número de espacios vacíos finos desde el punto de vista de
aumentar el área de las superficies interiores de los espacios
vacíos implicados en la captura del hidrógeno. Además, cuando el
volumen total de los espacios vacíos es constante, si el tamaño de
cada espacio vacío es demasiado grande y la densidad del número de
espacios vacíos es demasiado bajo, la eficacia en la captura del
hidrógeno disminuye. Desde este punto de vista, es deseable que el
tamaño de un espacio vacío sea 0,80 \mum o menos, aunque depende
del volumen total de los espacios vacíos.
Ahora se describe, de aquí en adelante, el método
de producción. Aunque se produce una plancha de acero según la
presente invención por colada continua, las ventajas de la presente
invención no se ven afectadas negativamente incluso cuando se
produce una plancha de acero mediante un método de colada en lingote
y un laminado de una chapa parcialmente laminada. A continuación se
lamina en caliente una chapa colada, y es aplicable un intervalo de
temperatura de recalentamiento normalmente llevado a la práctica de
1.050 a 1.250ºC, ya que la temperatura de recalentamiento no afecta
a las ventajas de la presente de invención. Cualquier temperatura de
acabado en la laminación en caliente es aceptable mientras sea de
800ºC o más elevada, pero, en consideración a la operabilidad del
laminado en caliente, es deseable que la temperatura de acabado sea
una temperatura igual, o superior, a la temperatura A_{3} de
transformación de un acero.
Hay que indicar que para obtener una buena
resistencia a la formación de escamas, es eficaz, en el laminado en
caliente de un acero en el intervalo de temperatura de 600ºC a más
alto: laminar en caliente el acero de forma que la deformación real
total sea 0,4 o más, bajo las condiciones de que la temperatura sea
de 1.000ºC o superior y la velocidad de deformación de 1/s, o más; y
después de eso, laminar en caliente el acero de forma que la
deformación real total del acero sea 0,7 o más, bajo las condiciones
de que la temperatura sea de 1.000ºC o inferior, y la velocidad de
deformación sea de 10/s, o más. La Fig. 4 muestra una relación entre
el tiempo de laminado y el cambio de densidad. Se entiende que los
espacios vacíos se desarrollan entre los óxidos desmoronados y
dispersados durante el laminado. Esto es, presumiblemente, porque se
obtiene una forma deseable y unas propiedades adecuadas de los
espacios vacíos, especialmente en la actividad de sus superficies
interiores, controlando el proceso de formación de espacios vacíos
existente en dicho acero. Aunque no está claro cómo se realiza lo
anterior, el mecanismo por el cual aparece el efecto de la presente
invención se explica de aquí en adelante incluyendo algunas
suposiciones. Aunque los espacios vacíos se forman principalmente
por la fragmentación de los granos de óxido durante el laminado en
frío subsiguiente al laminado en caliente, es importante controlar
la forma de los granos de óxidos con antelación, durante el laminado
en caliente. Es decir, los granos de óxido se ablandan debido a que
la temperatura en el procedimiento de laminado en caliente es alta,
y su dureza no es muy diferente a la del metal base, que constituye
una fase matriz y, por esta razón, en un intervalo de temperatura
alrededor de 1.000ºC o por encima, la fragmentación de los granos de
óxido apenas se generan y los granos de óxido se alargan. Cuando una
temperatura cae por debajo de 1.000ºC, concretamente alrededor de
900ºC o inferior, aunque los granos de óxido apenas llegan a
alargarse, no se genera una fragmentación distinta a la vista en el
caso del laminado en frío, pero la rotura únicamente tiene lugar
sólo parcialmente hasta el punto de generar finas grietas. Con el
fin de obtener granos de óxido alargados en una medida adecuada y
tener simultáneamente grietas finas antes del laminado en caliente,
son importantes el control de las temperaturas en el laminado en
caliente, el control de la cantidad de la deformación en diferentes
intervalos de temperatura, y el control de la velocidad de
deformación en vista del hecho de que la recuperación del metal base
deformado y los granos de óxido, se dan de forma llamativa porque
están sometidos a trabajo mientras están calientes.
Cuando el intervalo de temperaturas del trabajo
en caliente es demasiado alto, la recuperación es violenta y es
imposible imponer una cantidad de deformación suficiente para formar
grietas en los granos de óxido. Cuando el intervalo de temperaturas
es demasiado bajo, por otro lado, la forma de los granos de óxido no
llegan a ser alargados sino que se hacen casi esféricos, y se hace
difícil formar grietas en ellos. Por eso, es necesario que los
granos de óxido tengan un alargamiento adecuado y una forma delgada
con el fin de formar grietas. Para hacer eso, es necesario, durante
el laminado en caliente, alargar los granos de óxido dando una
deformación adecuada en un intervalo de temperaturas
comparativamente alto y luego formar grietas en ellos de una forma
controlada en un intervalo de temperaturas comparativamente
bajo.
Luego, fragmentando tales granos de óxido
alargados que tienen grietas finas en el laminado en frío, se hace
posible generar espacios vacíos que tienen nuevas superficies
deseadas, concretamente superficies interiores activadas y, por eso,
atrapan el hidrógeno de forma eficaz. Aunque la razón de por qué las
superficies de rotura que se originan a partir de las grietas son
más activas al atrapar el hidrógeno que las superficies de rotura
que no se originan a partir de las grietas no está clara, se supone
que es a cusa de que algunas clases de elementos difunden y
precipitan en las grietas después de la formación de las grietas,
principalmente durante la retención de la alta temperatura en el
procese de enrollamiento del laminado en caliente.
En el laminado en frío, se requiere una relación
de reducción en frío del 60% o más, para obtener una lámina de acero
que tenga una buena capacidad de embutición profunda. Cuando se
requiere, en particular, una buena capacidad de embutición profunda,
es preferible aplicar una relación de reducción en frío del 75% o
más.
Como para el recocido, las ventajas de la
presente invención no se ven afectadas por el hecho de que se emplee
un recocido en cajas o un recocido en continuo, y se puede disfrutar
de las ventajas hasta que se consigue una temperatura igual a, o
superior a, la temperatura de recristalización de un acero que va a
ser tratado térmicamente. Es preferible el recocido en continuo
especialmente para hacer realidad una excelente capacidad de
embutición profunda y unas buenas propiedades de esmaltado, que son
las ventajas de la presente invención. Como un acero según la
presente invención se caracteriza porque la recristalización se
completa a 650ºC, incluso cuando el tiempo de recocido es corto, no
se requiere una temperatura particularmente alta. Un Intervalo de
temperatura generalmente adecuado es de 650 a 750ºC para el recocido
en cajas y de 700 a 800ºC para el recocido continuo.
Como se explicó anteriormente, una lámina de
acero que tenga una composición química según la presente invención
o que esté producida bajo las condiciones de producción según la
presente invención es una lámina de acero para el esmaltado vítreo;
que tiene una capacidad de conformado por presión tan buena o
superior a la de un acero convencional descarburizado, de
efervescencia interrumpida; que no es propensa a originar los
defectos de las ampollas y manchas negras incluso en un esmaltado
directo de una sola capa; y que es excelente en la adherencia del
esmalte, incluso cuando se produce a partir de una plancha colada.
Además, también en una aplicación a una bañera o una caldera, que es
distinto al caso del esmaltado directo en una sola capa, un lámina
de acero según la presente invención exhibe las ventajas de la
presente invención, similares al caso del esmaltado directo en una
sola capa.
Se sometieron planchas coladas de forma continua,
que tienen diversas composiciones químicas, a un laminado en
caliente, laminado en frío y recocido bajo diversas condiciones de
producción. En pasos sucesivos, las láminas de acero laminadas en
frío y recocidas, así producidas, sufrieron una laminación de
endurecimiento en una relación de reducción del 1%, y luego se
examinaron las propiedades mecánicas y las propiedades de esmaltado
de las láminas de acero así producidas. Las composiciones químicas,
las condiciones de producción y los resultados del examen se
muestran en la Tabla 1.
Las propiedades mecánicas se examinaron en
términos de resistencia a la tracción, valor de r y el índice
de envejecimiento (IE), usando las piezas de ensayo JIS Nº 5
conformadas a partir de las láminas de acero. Un índice de
envejecimiento se expresó por la diferencia de tensiones antes y
después de que se envejeciera una pieza de ensayo a 200ºC durante 20
minutos, después de ser sometida a una predeformación del 10%.
Se evaluaron las propiedades del esmaltado,
después de las etapas del procedimiento, mostradas en la Tabla 2.
Entre las propiedades del esmaltado, se evaluaron las propiedades
superficiales de formación de ampollas y de manchas negras bajo
condiciones de un largo tiempo de decapado de 25 minutos, y los
resultados de la evaluación se dan como sigue: \circledcirc sin
formación de ampollas ni manchas negras, \medcirc formación
limitada, y \times gran formación.
La adherencia del esmalte se evaluó bajo la
condición de un corto tiempo de decapado de 2 minutos. Debido a que
el método de ensayo de adherencia P.E.I. (ASTM
C313-59) comúnmente empleado fue incapaz de detectar
una pequeña diferencia en la adherencia del esmalte, se evaluó la
adherencia del esmalte haciendo caer un peso de 2,0 kg, con una
cabeza esférica, sobre una pieza de ensayo desde una altura de 1 m,
midiendo el estado de exfoliación de la película de esmalte en el
área deformada usando 169 agujas de sondeo, y calculando el
porcentaje del área no exfoliada.
La resistencia a la formación de escamas se
evaluó mediante el ensayo de formación de escamas acelerado, en el
que tres láminas de acero previamente tratadas mediante decapado de
2 minutos sin inmersión en Ni, vidriadas con un esmalte para el
esmaltado directo de una sola capa, secadas, cocidas durante 3
minutos en un horno de cocción mantenido a 850ºC y con un punto de
rocío de 50ºC, y luego mantenidas durante 10 horas en un depósito a
temperatura constante mantenida a 160ºC. La formación de escamas se
juzgó visualmente y los resultados se indicaron como sigue:
\circledcirc sin formación de escamas, \medcirc formación
limitada, y \times gran formación.
Como se ve claro a partir de los resultados de la
Tabla 1, las láminas de acero según la presente invención son las
láminas de acero para un esmaltado vítreo, excelentes en el valor de
r, E1, resistencia al envejecimiento y propiedades del
esmaltado. El acero según la presente invención tiene una propiedad
de envejecimiento (IE = 0) gracias a la adición de Ng y V. Por otro
lado, las láminas de acero mostradas como ejemplos comparativos son
inferiores en las propiedades del material y/o en las propiedades
del esmaltado. Los aceros según la presente invención tienen, además
de lo anterior, una característica de anisotropía en el plano, de
valor r que es muy bajo, lo que se considera ventajoso desde
el punto de vista de la capacidad de conformado y la deformación de
las láminas de acero en el conformado. Esto significa que una lámina
de acero excelente en las propiedades del material y en las
propiedades del esmaltado, no se puede producir a menos que la
composición química y la relación íntima entre los elementos
componentes esté controlada dentro de los intervalos especificados
en la presente invención.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
| Etapa del procedimiento | Condición | |
| 1 | Desengrasado | Desengrasado alcalino |
| 2 | Enjuagado con agua caliente | |
| 3 | Enjuagado con agua fría | |
| 4 | Decapado | Inmersión, H_{2}SO_{4} al 15%, 75ºC x 3 ó 20 min |
| 5 | Enjuagado con agua | |
| 6 | Tratamiento con Ni | Inmersión, NiSO_{4} al 2%, 75ºC x 3 min |
| 7 | Enjuagado con agua | |
| 8 | Neutralización | Inmersión, Na_{2}SO_{4} al 2,0%, 75ºC x 5 min |
| 9 | Secado | |
| 10 | Vidriado | Vidriado directo de una sola capa, de 100 \mu de espesor |
| 11 | Secado | 160ºC x 10 min |
| 12 | Cocción | 840ºC x 3 min |
Una lámina de acero para el esmaltado vítreo
según la presente invención tiene una capacidad de embutición
profunda, tan buena o superior a la de un acero que contiene Ti,
usado convencionalmente, que tiene una buena capacidad de conformado
por presión, y satisface todos lo requisitos de una lámina de acero
para el esmaltado vítreo, a saber, propiedades de resistencia a la
formación de escamas, resistencia a la formación de ampollas y de
manchas negras, de adherencia del esmalte y de superficie. Además,
la presente invención disminuye mucho los costes del recocido porque
hace viable producir una lámina de acero, excelente en su capacidad
de conformado a presión y en su resistencia al envejecimiento
mediante tanto un recocido continuo o un recocido en cajas, en lugar
del recocido de descarburación o del recocido de descarburación y
desnitruración que se aplica a un acero convencional de alto
contenido de oxígeno producido mediante colada continua. Por eso, la
presente invención tiene una gran importancia industrial.
Claims (4)
1. Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia
a la formación de escamas, caracterizada por: un acero que
contiene, en masa,
y además, opcionalmente, uno o más de As, Ti, B,
Ni, Se, Cr, Ta, W, Mo, Sn y Sb en un 0,02% en masa o menos, en
total, con el resto consistente en Fe e impurezas inevitables, y que
tienen espacios vacíos de 0,10 \mum o más, en tamaño entre los
granos de óxido, en la que el cambio de densidad de la lámina de
acero después de un recocido a 850ºC, durante 20 horas, en una
atmósfera de hidrógeno, es de 0,02% o más.
2. Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia
a la formación de escamas, según la reivindicación 1, en la que la
lámina de acero contiene, en masa,
3. Una lámina de acero para el esmaltado vítreo,
excelente en sus posibilidades de ser trabajada y en su resistencia
a la formación de escamas, según la reivindicación 1 ó 2, en la que
la lámina de acero tiene espacios vacíos que tienen un tamaño de
0,10 \mum o más, y menos de 0,80 \mum.
4. Un método para producir una lámina de acero
para el esmaltado vítreo, excelente en sus posibilidades de ser
trabajada y en su resistencia a la formación de escamas, según las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado por: en el laminado
en caliente en el intervalo de temperaturas de 600ºC o superior,
laminar en caliente el acero de forma que la deformación real total
sea 0,4 o más, bajo las condiciones de que la temperatura sea
1.000ºC o superior y que la velocidad de deformación sea 1/s o más;
y después de ello, laminar el acero en caliente, de forma que la
deformación real total sea 0,7 o más, bajo las condiciones de que la
temperatura sea 1.000ºC o inferior, y la velocidad de deformación
sea 10/s o más.
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