ES2255768T3 - Lamina de acero galvanizado de alta resistencia, con excelente adherencia de un baño metalico y conformabilidad bajo presion y lamina de acero galvanizado aleado de alta resistencia y metodo para su produccion. - Google Patents

Lamina de acero galvanizado de alta resistencia, con excelente adherencia de un baño metalico y conformabilidad bajo presion y lamina de acero galvanizado aleado de alta resistencia y metodo para su produccion.

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ES2255768T3 ES99958479T ES99958479T ES2255768T3 ES 2255768 T3 ES2255768 T3 ES 2255768T3 ES 99958479 T ES99958479 T ES 99958479T ES 99958479 T ES99958479 T ES 99958479T ES 2255768 T3 ES2255768 T3 ES 2255768T3
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Abstract

Una lámina de acero galvanizada en baño caliente, de alta resistencia, con excelente adherencia del recubrimiento metálico y capacidad de conformado por presión, lámina de acero que contiene, en términos de tanto por ciento en peso, C: 0, 05-0, 2%, Si: 0, 2-2, 0%, Mn: 0, 2-2, 5%, Al: 0, 01-1, 5%, Ni: 0, 73-5, 0% P: <0, 03% y S: <0, 02%, opcionalmente uno o más seleccionados de Cu: menos de 0, 2%, B: 0, 0002-0, 01%, Co: <0, 3%, Sn: <0, 3%, Mo: <0, 5%, Cr: <1%, V: <0, 3%, Ti: <0, 06% Nb: <0, 06, Tierras raras: <0, 05%, Ca: <0, 05%, Zr: <0, 05%, Mg: <0, 05%, Zn: <0, 02%, W: <0, 05%, As: <0, 02%, N: <0, 03% y O: <0, 05%, donde la relación entre Si y Al es tal que 0, 4(%) = Si + 0, 8 Al(%) = 2, 0%, y el resto consiste en Fe e impurezas inevitables, en la que el porcentaje, en volumen, de la austenita retenida en la lámina de acero es del 2-20% y en donde la superficie de la lámina de acero en la que la relación entre el Ni, Cu, Co, Sn y Si, Al en 0, 5 ìm de la capa superficial de la lámina de acero es tal que Ni + Cu + Co + Sn(%) = 1/4 Si + 1/3 Al(%), tiene una capa de recubrimiento de Zn que comprende Al: = 1%, opcionalmente Fe: 8-15%, y opcionalmente uno o más seleccionados entre Mn: <0, 02%, Pb: <0, 01%, Fe: <0, 2%, donde dicho Fe opcional: 8-15%, no está comprendido en dicha capa de recubrimiento de Zn, Sb: <0, 01%, Ni: <3, 0%, Cu: <1, 5%, Sn: <0, 1%, Co: <0, 1%, Cd: <0, 01% y Cr: <0, 05%, con el resto Zn e impurezas inevitables.

Description

Lámina de acero galvanizado de alta resistencia, con excelente adherencia de un baño metálico y conformabilidad bajo presión y lámina de acero galvanizado aleado de alta resistencia y método para su producción.
Campo técnico
La presente invención se refiere a una lámina de acero de alta resistencia que es útil como una pieza para automóviles, construcciones, dispositivos eléctricos y similares, y a un procedimiento para su fabricación, y más concretamente se refiere a una lámina de acero galvanizada en baño caliente, de alta resistencia, con excelentes propiedades de embutición para conformar por presión y excelente adherencia del recubrimiento metálico de protección, a una lamina de acero recubierta metálicamente por gálvanorrecocido en baño caliente, y a un procedimiento para su fabricación.
Técnica precedente
Un área actual de investigación sobre partes integrantes tales como traviesas y piezas laterales de automóviles y similares, está dirigida a conseguir pesos más ligeros con el fin de hacer realidad un más bajo consumo de combustible y, en el área de los materiales, se están haciendo progresos al conseguir mayores resistencias de forma que se garantice la resistencia aunque se produzcan productos más delgados. Sin embargo, ya que la capacidad de conformado por presión de la mayoría de los materiales es inferior al aumentar la resistencia, conseguir tales piezas de pesos más ligeros requiere el desarrollo de láminas de acero que exhiban satisfactoriamente ambas propiedades de capacidad de conformado por presión y de alta resistencia. Los valores indicativos para la capacidad de conformado incluyen la elongación así como el valor n y el valor r obtenidos en los ensayos de tracción y, en la situación actual, donde uno de los objetivos es simplificar las etapas de compresión a través de una integración superior, es importante que el valor n sea grande, correspondiendo así a una elongación uniforme.
Con este fin, se han desarrollado láminas de acero laminadas en caliente y láminas de acero laminadas en frío que tiene la ventaja de una plasticidad inducida por la transformación de la austenita retenida en el acero. Estas son láminas de acero consistentes en, aproximadamente, 0,07-0,4% de C, aproximadamente 0,3-2,0% de Si, y aproximadamente 0,2-2,5% de Mn como elementos básicos de la aleación, sin ningún elemento caro de aleación, y que contienen austenita retenida en la microestructura por tratamiento térmico, caracterizado por lograr la transformación bainítica a una temperatura interior y exterior de 300-450ºC después de recocer en la región bifásica; estas láminas de acero están descritas, por ejemplo, en la Publicaciones de Patentes Japonesas no examinadas, número 1-230715 y número 2-217425. Estas láminas de acero están descritas únicamente como láminas de acero laminadas en frío fabricadas por recocido continuo, sino también como láminas de acero laminadas en caliente obtenidas controlando el enfriamiento y la temperatura de enfriamiento con una mesa de rodillos de salida, como por ejemplo, en la Publicación de Patente Japonesa no examinada, número 1-79345.
El recubrimiento metálico de piezas de automóviles se está potenciando con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión y el aspecto exterior con el fin de reflejar una calidad más alta en los automóviles, y en la actualidad se usan laminas de acero galvanizadas o gálvanorrecocidas para la mayoría de las piezas distintas de las piezas especiales internamente montadas. Por lo tanto, desde el punto de vista de la resistencia a la corrosión es eficaz recubrir metálicamente tales láminas de acero con Zn o Fe-Zn; sin embargo, ya que el acero de alta resistencia con un alto contenido de Si también tiene una película de oxidación sobre la superficie de la lámina de acero, presenta el problema de que las regiones no recubiertas metálicamente de forma minuciosa que resultan al galvanizar en baño caliente, y la adherencia del recubrimiento metálico de las regiones trabajadas después de alear, son inferiores; en la actualidad, sin embargo, no ha sido posible desarrollar láminas de acero gálvanorrecocidas con excelente adherencia del recubrimiento metálico en las regiones trabajadas, excelente resistencia a la corrosión y alta resistencia y alta ductilidad.
Por ejemplo, ya que las láminas de acero descritas en la Publicaciones de Patentes Japonesas no examinadas, número 1-230715 y número 2-217425 contienen 0,3-2,0% de Si añadido y aprovechan su única transformación bainítica para garantizar la austenita retenida, a menos que se mantenga un control bastante estricto sobre el enfriamiento después del recocido en el intervalo de temperaturas bifásico, y la conservación de una temperatura interna de 300-450°C, es imposible obtener la microestructura pretendida, y la resistencia resultante y la elongación están fuera de los márgenes pretendidos. Aunque una historia térmica semejante se puede llevar a cabo industrialmente, con un equipo de recocido continuo y durante la etapa de enfriamiento con una mesa de rodillos de salida después de un laminado en caliente, la transformación austenítica se completa rápidamente a 450-600°C y, por lo tanto, se requiere un control para un tiempo de mantenimiento, a 450-600°C, particularmente corto. Incluso a 350-450°C, la microestructura varía considerablemente dependiendo del tiempo de mantenimiento, y cualquier cambio de las condiciones deseadas da como resultado únicamente un bajo nivel de resistencia y de elongación. Para el galvanizado en baño caliente el tiempo de mantenimiento a 450-600°C es normalmente largo y, por lo tanto, no puede aplicarse esta técnica. Además, existe el problema de que la inclusión de Si como elemento de aleación da como resultado un recubrimiento metálico más pobre, y esto impide el paso a través del equipo de galvanizado en baño caliente para la elaborar una lámina de acero recubierta metálicamente.
Con el fin de solventar estos problemas, se han descrito, por ejemplo en la Publicación de Patente Japonesa no examinada, número 5-247586 y en la Publicación de Patente Japonesa no examinada, número 6-145788, láminas de acero con propiedades mejoradas del recubrimiento metálico mediante la restricción de la concentración de Si. Según tales procedimientos, se añade Al en vez de Si para producir austenita retenida. Sin embargo, ya que el Al, como el Si, se oxida también más fácilmente que el Fe, el Al y el Si tienden a concentrarse sobre la superficie de la lámina de acero como una película oxidada, haciendo imposible la consecución de una adecuada adherencia del recubrimiento metálico. Otro procedimiento descrito en la Publicación de Patente Japonesa no examinada, número 5-70886 añade Ni para mejorar la mojabilidad del recubrimiento metálico. Para este procedimiento, no obstante, no se describe la relación entre el Si o Al que inhibe la mojabilidad del recubrimiento metálico y el Ni.
Además, las Publicaciones de Patentes Japonesas no examinadas, número 4-333552 y número 4-346644 describen procedimientos por los que se realiza un rápido calentamiento a baja temperatura después del pre-recubrimiento con Ni para el tratamiento de aleación después del recubrimiento con Zn en baño caliente, como procedimientos para el gálvanorrecocido en baño caliente de láminas de acero con alta resistencia y alto contenido de silicio. Sin embargo, ya que estos procedimientos requieren un pre-recubrimiento de Ni, surge el problema de requerir un nuevo equipo. Estos procedimientos tampoco permiten la retención de la austenita retenida en la microestructura final, ni se hace ninguna mención a este procedimiento. El documento US-A-5470529 describe un acero para galvanizar, en el que el Ni puede estar presente hasta en 1,0% en peso, preferiblemente hasta 0,5% en peso.
La presente invención resuelve los problemas anteriormente mencionados y representa el descubrimiento de las características de la composición y microestructura de una lámina de acero de alta resistencia con mejorada resistencia a la corrosión superficial y excelente adherencia del recubrimiento metálico que permite su fabricación con un equipo de galvanizado en baño caliente, así como una satisfactoria capacidad de conformado por presión.
Descripción de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar una lámina de acero galvanizada o galvanorrecocida en baño caliente, de alta resistencia, con una satisfactoria capacidad de conformado por presión y adherencia del recubrimiento metálico, y un procedimiento para la fabricación eficaz de la lámina de acero.
Los presentes inventores han llevado a cabo una diligente investigación sobre las propiedades de los recubrimientos metálicos y los componentes de la lámina de acero con el fin de proporcionar una lámina de acero galvanizada o galvanorrecocida en baño caliente, de alta resistencia, y un procedimiento para su fabricación, y haber completado la presente invención concentrándose en la capa superficial de la lámina de acero.
Por eso, el objeto anterior se puede conseguir mediante las características definidas en la reivindicaciones.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 muestra una relación entre la concentración (%) de Ni necesaria y la concentración (%) de Si.
Mejor forma de llevar a cabo la invención
La razón de los límites de los componentes de la presente invención es proporcionar una lámina de acero galvanizada en baño caliente, de alta resistencia, con una satisfactoria capacidad de conformado y adherencia del recubrimiento metálico, y esto se explicará ahora con detalle.
El C es un elemento que estabiliza la austenita, y emigra desde la ferrita a la austenita en el intervalo de temperaturas bifásico y el intervalo de temperaturas de la transformación bainítica. Como resultado, la austenita químicamente estabilizada permanece en el 2-20% incluso después del enfriamiento a temperatura ambiente, dando una satisfactoria capacidad de conformado mediante una plasticidad inducida por la transformación. Si el C está presente en menos del 0,05%, es difícil garantizar una austenita retenida de al menos el 2% y no se puede conseguir el objeto deseado. La concentración de C no debe exceder el 0,2% con el fin de evitar una pobre soldabilidad.
El Si no se disuelve en la cementita y, por lo tanto, retrasa la transformación de austenita a cementita a 350-600ºC porque su proceso controlador es la difusión del Si que es muy lenta a esas temperaturas. La estabilidad química de la austenita aumenta durante este tiempo debido a la concentración acelerada de C en la austenita, que origina plasticidad inducida por la transformación y que hace posible garantizar la austenita retenida para contribuir a la satisfactoria capacidad de conformado. Si la cantidad de Si es inferior a 0,2%, no se puede conseguir este efecto. Por otro lado, no debe superior al 2,0% porque si la concentración de Si es algo mayor, merma las propiedades del recubrimiento metálico.
Mn es un elemento que estabiliza la austenita, y ya que retarda la descomposición de la austenita a perlita durante el enfriamiento a 350-600°C después de recocer en el intervalo de temperaturas bifásico, promueve la inclusión de la austenita retenida en la microestructura durante el enfriamiento superficial a temperatura ambiente. Si se añade en menos del 0,2%, se hace necesario aumentar la velocidad de enfriamiento hasta un nivel en cual ya no es posible el control industrial para inhibir la descomposición a perlita, y es inaceptable una situación semejante. Por otro lado es, preferiblemente, no superior al 2,5% porque la estructura en bandas se hará más notable y merma las propiedades, mientras que las secciones soldadas por puntos tenderán a romperse dentro de los puntos de soldadura.
El Al se usa como material desoxidante porque, como el Si, no se disuelve en la cementita y, por lo tanto, retrasa la transformación que progresa, inhibiendo la precipitación de la cementita cuando se mantiene a 350-600°C. Sin embargo, ya que su capacidad de formar ferrita es más fuerte que la del Si y, por lo tanto, acelera la transformación a ferrita, de forma que el C se concentra en la austenita desde el momento del recocido en el intervalo de temperaturas bifásico incluso para un tiempo muy corto, aumentando así la estabilidad química, únicamente hay presente en la microestructura una cantidad traza de martensita que merma la capacidad de conformado, después de enfriar a temperatura ambiente. Cuando se presenta con Si, por lo tanto, tiene lugar un pequeño cambio en la resistencia o en la elongación que depende de las condiciones de mantenimiento a 350-600°C, y es, por lo tanto, fácil conseguir una satisfactoria capacidad de conformado por presión con alta resistencia. El Al se debe añadir, por lo tanto, al menos en un 0,01%. Junto con el Si, "Si + 0,8 Al" debe ser al menos 0,4%. Por otro lado, como es el caso con Si, la concentración de Al no debe exceder el 1,5% para evitar que merme la adherencia del recubrimiento metálico. Con el fin de garantizar la adherencia del recubrimiento metálico junto con el Si, "Si + 0,8 Al" debe ser no superior al 2,0%.
Según la invención, el Ni es un elemento muy importante, y como el Mn, es un elemento que estabiliza la austenita y también mejora la resistencia y la adherencia del recubrimiento metálico. Además, como el Si y el Al, el Ni tampoco se disuelve en la cementita y, por lo tanto, retrasa la transformación que progresa inhibiendo la precipitación de la cementita cuando se mantiene a 350-600°C. En una lámina de acero que contiene Si o Al, cuando se produce una lámina de acero recubierta metálicamente en una cadena de producción continua de galvanizado en baño caliente, el Si y el Al se oxidan más fácilmente que el Fe y están por eso concentrados sobre la superficie de la lámina de acero, formando óxidos de Si o de Al y reduciendo la adherencia del recubrimiento metálico. Los inventores, por lo tanto, tratan de prevenir esta reducción en la adherencia del recubrimiento metálico a pesar de la concentración de Si o de Al, permitiendo que el Ni se concentre en la superficie en vez de ellos, ya que es más resistente a la oxidación que el Fe. Mediante experimentación, se determinó que una sección de 0,5 \mum de la superficie de la lámina de acero reacciona con la capa de Zn durante la reacción de formación del recubrimiento metálico. Con el fin de mejorar la adherencia del recubrimiento metálico, es suficiente, por lo tanto, controlar la capa concentrada superficial, de 0,5 \mum de sección, de la superficie de la lámina de acero. Si el Ni está presente en un 0,73% o menos, no es posible conseguir una adherencia satisfactoria del recubrimiento metálico con el acero según la invención. Si la concentración de Ni es el 5% o superior, la austenita retenida excede el 20%, de forma que la elongación cae por debajo del intervalo de la invención. Como resultado de la experimentación se ha descubierto que únicamente puede obtenerse una adherencia satisfactoria del recubrimiento metálico si la concentración de Ni, junto con el Si y Al en 0,5 \mum de superficie de la lámina de acero, es al menos tal que "Ni(%) \geq 1/4 Si + 1/3 Al(%)". Esto se ilustra en la Fig. 1.
El P es un elemento inevitablemente incluido en el acero como impureza y, como el Si, Al y Ni no se disuelve en la cementita y, por lo tanto, retrasa la transformación que avanza inhibiendo la precipitación de la cementita cuando se mantiene a 350-600°C. Sin embargo, ya que una concentración de P que exceda el 0,03% merma notablemente la ductilidad de la lámina de acero mientras que también tiende, de forma no deseable, a dar como resultado la rotura de las secciones soldadas por puntos dentro de los puntos de soldadura, la concentración de P se limita, según la invención, a menos del 0,03%.
El S, como el P, también es un elemento inevitablemente incluido en el acero. Una alta concentración de S puede dar como resultado la precipitación de MnS que conduce a una ductilidad más baja mientras que también tiende, de forma no deseable, a dar como resultado la rotura de las secciones soldadas por puntos dentro de los puntos de soldadura y, por lo tanto, la concentración de S es, según la invención, inferior a 0,02%.
El Cu, que, como el Ni, es más resistente a la oxidación que el Fe, es un elemento que estabiliza la austenita, como el Ni y el Mn, que también mejora la resistencia y la adherencia del recubrimiento metálico. Se puede conseguir una satisfactoria adherencia del recubrimiento metálico si la concentración de Ni y Cu en 0,5 \mum de la capa de superficie de la lámina de acero, junto con Si y Al, es tal que "Ni + Cu(%) \geq 1/4 Si + 1/3 Al(%)". Una concentración de Cu de 2,0% o superior, puede producir precipitados de Cu, mermando así la calidad del material e impidiendo el objeto de la invención. Desde el punto de vista de prevenir la rotura térmica por Cu, cuando se añade Cu, la relación es preferiblemente "Cu(%) < 3 \times Ni(%)".
B está co-presente con el Cu y disminuye el punto de transformación para inhibir la precipitación de la cementita y aumenta el porcentaje, en volumen, de austenita retenida retrasando el progreso de la transformación. No se puede conseguir un efecto adecuado si la concentración de B es 0,0002% o inferior. El límite superior para el B se especifica basado en la concentración a la cual se ve afectada la economía, y este límite superior se establece en 0,01%. Con el fin de exhibir el efecto del B y el Cu juntos, el B y el Cu deben estar en una relación que satisfaga la desigualdad B \times Cu(%) \geq 0,00005(%). Para exhibir un efecto más poderoso la relación es, preferiblemente, B \times Cu(%) \geq 0,00008(%).
La adherencia del recubrimiento metálico también pude mejorarse añadiendo además otra especie similar al Ni y al Cu que sea más resistente a la oxidación que el Fe, tal como Sn o Co. Se puede conseguir una satisfactoria adherencia del recubrimiento metálico si la concentración de Ni, Cu, Sn y Co en 0,5 \mum de la superficie de la lámina de acero, junto con Si y Al, es al menos tal que "Ni + Cu(%) \geq 1/4 Si + 1/3 Al (%)". Una concentración de Sn más alta da como resultado la rotura térmica basada en el Sn, y está limitado, por lo tanto, a menos de 0,3%. El Co es un metal caro y su límite superior es, por lo tanto, 0,3%.
El Mo, Cr, V, Ti, Nb, B, W, O, Zn y As son elementos que aumentan la resistencia, mientras que las tierras raras, Ca, Sr y Mg son elementos que garantizan una elongación satisfactoria combinándose con S para reducir inclusiones, y el N es un elemento que estabiliza la austenita; la adición, según sea necesario, de uno o más entre Mo: <0,5%, Cr: <1%, V: <0,3%, Ti: <0,06%, Nb: <0,06, B: <0,01%, tierras raras: <0,05%, Ca: <0,05%, Zr: <0,05%, Mg: <0,05%, Zn: <0,02%, W: <0,05%, As: <0,02%, N: <0,03% y O: <0,05%, no interferirá con la esencia de la invención. Los efectos de estos elementos se saturan más allá de los límites superiores dados anteriormente y, por lo tanto, cualquier otra adición simplemente aumenta el coste.
La lámina de acero de la invención comprende los componentes básicos anteriormente descritos, pero la esencia de la invención no está obstaculizada incluso si se incluyen otros elementos además de estos y el Fe, tales como Ta, Te, Be, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ge, Pb, Sb, Bi, Se y Te que están comúnmente incluidos inevitablemente en el acero, y estos elementos se pueden añadir hasta en un 0,01% en total.
La ductilidad de la lámina de acero de la invención, como producto final, se determina por el porcentaje, en volumen, de austenita retenida en el producto. Aunque la austenita retenida en la microestructura está presente de forma estable en ausencia de deformación, la deformación aplicada la transforma en martensita que da como resultado una plasticidad inducida por la transformación, dando así una satisfactoria capacidad de conformado con alta resistencia. Si el porcentaje en volumen de la austenita retenida es inferior al 2%, el efecto no será claramente reconocible. Por otro lado, si el porcentaje, en volumen, de la austenita retenida está por encima del 20%, puede haber presente una gran cantidad de martensita en el estado de conformado por presión en casos de conformados extremadamente severos, que pueden originar problemas en términos de capacidad de trabajo secundario o de resistencia al impacto; según la invención, por lo tanto, el porcentaje, en volumen, de la austenita retenida no es superior al 20%. La estructura también incluye ferrita, bainita, martensita y carburo.
Según la invención, la lámina de acero tiene una capa de recubrimiento metálico de Zn o una capa de recubrimiento metálico de una aleación de Zn, que se explicará ahora.
La capa de recubrimiento metálico de Zn incluye Al: \leq1% así como, dependiendo del caso, al menos uno entre Mn: <0,02%, Pb: <0,01%, Fe: <0,2%, Sb: <0,01%, Ni: <0,3%, Cu: <1,5%, Sn: <0,1%, Co: <0,1%, Cd: <0,01% y Cr: 0,05%, siendo el resto Zn e impurezas inevitables. El contenido de Al del recubrimiento metálico está limitado a no más del 1% porque si el contenido de Al excede del 1%, el Al segregado formará una pila local en el recubrimiento metálico, mermando así la resistencia a la corrosión. Si están presentes Mn, Pb, Fe, Sb, Ni, Cu, Sn, Co, Cd, y Cr en altas cantidades, la resistencia a la corrosión en los bordes está mermada, y estás están limitadas, por lo tanto, a Mn: <0,02%,
Pb: <0,01%, Fe: <0,2%, Sb: <0,01%, Ni: <3,0%, Cu: <1,5%, Sn: <0,1%, Co: <0,1%, Cd: 0,01% y Cr: <0,05%.
La capa de recubrimiento metálico de aleación de Zn incluye Fe: 8-15%, Al: \leq 1%, así como, dependiendo del caso, al menos uno de entre Mn: <0,02%, Pb: <0,01%, Sb: <0,01%, Ni: <3,0%, Cu: <1,5%, Sn: <0,1%, Co: <0,1%, Cd: <0,01% y Cr: <0,05%, siendo el resto Zn e impurezas inevitables. El contenido de Fe del recubrimiento metálico está limitado a, al menos, el 8% porque con menos del 8% las propiedades del tratamiento químico (tratamiento con fosfato) y la resistencia del recubrimiento se empobrecen. También, el contenido de Fe está limitado a no más del 15% porque se origina una sobrealeción a cantidades superiores al 15%, y se empobrece la adherencia del recubrimiento metálico de las secciones trabajadas. El contenido de Al del recubrimiento metálico está limitado a no más del 1% porque cuando el contenido de Al excede el 1%, el Al segregado formará una pila local en el recubrimiento metálico, mermando por eso la resistencia a la corrosión. Si están presentes Mn, Pb, Sb, Ni, Cu, Sn, Co, Cd, y Cr en cantidades altas, la resistencia a la corrosión en los bordes está mermada, y estás están limitadas, por lo tanto, a Mn: <0,02%, Pb: <0,01%, Sb: <0,01%, Ni: <3,0%, Cu: <1,5%, Sn: <0,1%, Co: <0,1%, Cd: 0,01% y Cr: <0,05%.
La capa de recubrimiento metálico de Zn y la capa de recubrimiento metálico de aleación de Zn, de la invención, son como se describieron anteriormente, pero también pueden contener otras impurezas.
Además, aunque no se ponen restricciones particulares sobre el espesor de la capa de recubrimiento metálico de aleación de Zn, desde el punto de vista de la resistencia a la corrosión es, preferiblemente, al menos de 0,1 \mum, y desde el punto de vista de la capacidad de trabajo es, preferiblemente, no más gruesa de 15 \mum.
Ahora se explicarán la lámina de acero de la invención, galvanizada en baño caliente, y un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero de la invención, galvanizada en baño caliente.
La lámina de acero de la invención, galvanizada en baño caliente, se puede obtener colando y solidificando una lámina de acero que satisfaga las condiciones para la composición de los componentes, como se explicó anteriormente, y calentándola luego a 1150°C o más, durante al menos 45 minutos, sometiéndola a un laminado en caliente y enrollándola a 400-780°C y luego, tras un tratamiento de descamación, sometiéndola a un laminado en frío con una relación de reducción del 35-85%, recociéndola, a continuación, de 10 segundos a 6 minutos en el intervalo de temperaturas bifásico de 650-900°C, enfriándola a 350-500°C con una velocidad de enfriamiento de 2-200ºC/s, manteniéndola además durante hasta 5 minutos en ese intervalo de temperaturas, dependiendo del caso, y sometiéndola finalmente a un
galvanizado en baño caliente y enfriando por debajo de 250°C con una velocidad de enfriamiento de al menos 5°C/s.
Se puede obtener una lámina de acero de la invención, galvanizada en baño caliente, colando y solidificando una lámina de acero que satisfaga las condiciones para la composición de los componentes, como se explicó anteriormente, y calentándola luego a 1150°C o más, durante al menos 45 minutos, sometiéndola a un laminado en caliente y enrollándola a 400-780°C, y luego tras un tratamiento de descamación, sometiéndola a un laminado en frío con una relación de reducción del 35-85%, recociéndola, a continuación, de 10 segundos a 6 minutos en el intervalo de temperaturas bifásico de 650-900°C, enfriándola a 350-500°C con una velocidad de enfriamiento de 2-200°C/s, manteniéndola además durante hasta 5 minutos en ese intervalo de temperaturas, dependiendo del caso, y sometiéndola finalmente a un galvanizado en baño caliente y manteniéndola además de 5 segundos a 1 minuto en un intervalo de temperatura de 450-600°C antes de enfriar por debajo de 250°C con una velocidad de enfriamiento de al menos 5°C/s.
Ahora se explicarán las razones para cada una de estas condiciones de fabricación.
La temperatura de mantenimiento y el tiempo de mantenimiento después de la colada y la solidificación son importantes para aumentar la concentración de Ni de la sección de la capa superficial de la lámina de acero antes de aplicar el recubrimiento metálico. Debido a que el Ni es más resistente a la oxidación que el Fe, el Ni no se incorpora a las escamas producidas durante el calentamiento y, por lo tanto, se concentra en la capa superficial de la lámina de acero. El Ni concentrado permanece incluso después del laminado en frío, mejorando así las propiedades del recubrimiento metálico. Para que la relación entre el Ni, Si y Al, en una capa superficial de 0,5 \mum de la lámina de acero, satisfaga que Ni(%)\geq 1/4 Si + 1/3 Al (%), es necesario para que la temperatura de calentamiento sea al menos 1150°C y el tiempo de mantenimiento a 1150°C o más, sea al menos de 45 minutos.
La temperatura de enrollamiento después del laminado en caliente es también importante para aumentar la concentración de Ni de la sección de la capa superficial de la lámina de acero antes de la aplicación del recubrimiento metálico. El Ni también fracasa al incorporarse a las escamas de oxidación producidas después del enrollamiento, concentrándose así en la capa superficial de la lámina de acero y mejorando las propiedades del recubrimiento metálico. Cuando una lámina de acero tal como la lámina de acero según la invención se enrolla a baja temperatura, la concentración de Ni es insuficiente dando lugar a problemas con la adherencia del recubrimiento metálico de Zn, mientras que se origina endurecimiento en las secciones quemadas, complicando así la posterior eliminación de las escamas al lavar con ácido, etc., y el laminado en frío. Por el contrario, cuando se lleva a cabo el enrollamiento a alta temperatura, se mejora la propiedad del recubrimiento metálico de Zn, y la cementita se hace más gruesa y más blanda facilitando así el lavado con ácido y el laminado en frío, pero entonces se requiere demasiado tiempo para renovar la disolución de la cementita durante el recocido, de forma que no se retiene suficiente austenita. Por consiguiente, se determinó que el enrollamiento después del laminado en caliente se debe llevar a cabo a 400-780°C para evitar estos inconvenientes. Sin embargo, ya que es deseable que el lavado con ácido y el laminado en frío de las láminas de acero laminadas en caliente sea tan fácil como sea posible, la temperatura de enrollamiento es, preferiblemente, 550-750°C.
El laminado en caliente es seguido de una descamación, pero no hay restricciones concretas en el método de descamación.
Si la relación de reducción por laminado en frío es inferior al 35%, la estructura no será lo suficientemente fina y, por lo tanto, la ductilidad será inferior debido a la insuficiente austenita retenida en la posterior etapa de recocido. Por otro lado, si la relación de reducción es superior al 85% habrá una carga demasiado grande sobre la máquina lamina-
dora y, por lo tanto, la relación óptima de reducción durante el laminado en frío se determinó que fuera del 35-85%.
En el recocido continuo de la lámina de acero laminada en frío posterior al laminado en caliente, el calentamiento se realiza primero en un intervalo de temperatura desde el punto de transformación Ac1 al punto de transformación Ac3 para hacer una estructura bifásica (ferrita + austenita). Si la temperatura de calentamiento en este tiempo está por debajo de 650°C, se requerirá demasiado tiempo para la disolución renovada de la cementita y únicamente estará presente una pequeña cantidad de austenita y, por lo tanto, el límite inferior para la temperatura de calentamiento es 650°C. Si la temperatura de calentamiento es demasiado alta, el porcentaje en volumen de austenita se hace demasiado grande y la concentración de C de la austenita se reduce y, por lo tato, el límite superior para la temperatura de calentamiento es 900°C. Si el tiempo de mantenimiento es demasiado corto tenderá a haber más carburos no disueltos presentes, y la cantidad de austenita se reducirá. Si el tiempo de mantenimiento se alarga, los granos de los cristales tendrán una mayor tendencia a hacerse más gruesos, dando como resultado un balance de resistencia/ductilidad más pobre.
Según la invención, por lo tanto, el tiempo de mantenimiento se establece que va a ser de 10 segundos a 6 minutos.
Después de mantenerse en la temperatura de recocido, las láminas de acero se enfrían a 350-500°C, con una velocidad de enfriamiento de 2-200°C/s. Esto es con el fin de llevar a la austenita producida, calentando en el intervalo bifásico, directamente a la transformación bainítica sin transformación a perlita, de forma que, mediante un tratamiento posterior, se obtenga la microestructura y la propiedades deseadas. Si la velocidad de enfriamiento en este tiempo es inferior a 2°C/s, la mayoría de la austenita se transformará en perlita durante el enfriamiento, de forma que la cantidad de austenita retenida puede no estar garantizada. Si la velocidad de enfriamiento es superior a 200°C/s, la temperatura del punto final de enfriamiento variará mucho en la dirección a lo ancho y en la dirección a lo largo, haciendo imposible fabricar una lámina de acero uniforme.
Esto puede ir seguido de un mantenimiento de hasta 5 minutos en el intervalo de 350-500°C, dependiendo del caso. El mantenimiento a esta temperatura antes del recubrimiento metálico con Zn acelera la transformación bainítica y permite la estabilización de la austenita retenida con C concentrado, para permitir una fabricación más estable de una lámina de acero con resistencia y elongación. Si la temperatura del punto final de enfriamiento desde el intervalo bifásico es una temperatura superior a 500°C, el posterior mantenimiento de la temperatura dará como resultado la descomposición de la austenita a carburo, de forma que no se puede retener la austenita. Si la temperatura del punto final de enfriamiento está por debajo de 350°C, la mayor parte de la austenita se transforma en martensita y, por lo tanto, a pesar de tener una resistencia más alta la capacidad de conformado por presión es inferior aunque debe aumentarse la temperatura de la lámina de acero durante la aplicación del recubrimiento metálico con Zn, requiriendo así la aplicación de mayor energía calorífica y creando una situación de ineficacia. Si el tiempo de mantenimiento excede los 5 minutos tanto la resistencia como la capacidad de conformado por presión son inferiores debido a la precipitación de carburos y a la pérdida de austenita no transformada por calentamiento después de la aplicación del recubrimiento con Zn y, por lo tanto, la temperatura de mantenimiento se limita a no más de 5 minutos.
Para la fabricación de una lámina de acero galvanizada en baño caliente, la aplicación de un recubrimiento metálico es seguida de un enfriamiento por debajo de 250°C a una velocidad de enfriamiento de 5°C/s o superior. Esto acelera la transformación bainítica durante la aplicación del recubrimiento metálico con Zn, produciendo una microestructura que comprende una combinación de bainita virtualmente exenta de carburo y austenita retenida, en la que el C que se ha retirado de aquellas secciones que han estado concentradas, y el punto Ms ha caído por debajo de la temperatura ambiente, y ferrita que se purifica durante el calentamiento en el intervalo bifásico; el resultado es tanto una resistencia como una elongación más altas. Por consiguiente, si la velocidad de enfriamiento después del mantenimiento es más lenta de 5°C/s o la temperatura del punto final de enfriamiento es superior a 250°C, la austenita con C concentrado después del enfriamiento precipitará también carburo y se descompondrá en bainita, de forma que no se puede conseguir el objeto deseado debido a la reducida cantidad de austenita retenida para la mejora de la capacidad de trabajo mediante la plasticidad inducida por la transformación. Con el fin de dejar una mayor cantidad de austenita retenida, se prefiere un tiempo de mantenimiento de menos de 5 minutos en un intervalo de temperaturas de 350-400°C después de la aplicación del recubrimiento metálico con cinc mediante baño caliente.
Para la fabricación de una lámina de acero galvanizada en baño caliente, la galvanización en baño caliente va seguida de un mantenimiento de 5 segundos a 1 minuto en un intervalo de temperaturas de 450-600°C, y luego de un enfriamiento por debajo de 250°C a una velocidad de enfriamiento de al menos 5°C/s. Esto es para la reacción de aleación entre Fe y Zn, y también para las consideraciones estructurales. Con el acero según la invención, que también contiene Si o Al, es posible utilizar el hecho de que la transformación de austenita a bainita está separada en dos etapas, para realizar una estructura que comprenda una combinación de bainita virtualmente exenta de carburo y austenita retenida, en la que el C que se ha retirado de aquellas secciones se ha concentrado, y el punto Ms ha caído por debajo de la temperatura ambiente, así como ferrita que se purifica durante el calentamiento en el intervalo bifásico, por lo que se consigue una alta resistencia y capacidad de conformado. Si la temperatura de mantenimiento excede los 600°C, se produce perlita y la austenita retenida está por lo tanto ausente, mientras que la reacción de aleación transcurre dando lugar a una excesiva concentración de Fe de más del 15% en el recubrimiento metálico. Por otro lado, si la temperatura de calentamiento está por debajo de 450°C, se hace más lenta la velocidad de la reacción de aleación del recubrimiento metálico, de forma que la concentración de Fe del recubrimiento metálico es más baja. También, con un tiempo de mantenimiento inferior a 5 segundos la producción de bainita es insuficiente y la concentración de C en la austenita no transformada también es insuficiente, de forma que se produce martensita durante el enfriamiento mermando así la capacidad de conformado, mientras que la reacción de aleación de la formación del recubrimiento metálico también es inadecuada. Si el tiempo de mantenimiento es más largo de un minuto, el recubrimiento metálico llega a sobrealearse, tendiendo así a dar como resultado el descascarillado del recubrimiento metálico durante el conformado. Si la velocidad de enfriamiento después del mantenimiento es más baja de 5°C/s, la transformación bainítica transcurrirá cuando la temperatura del punto final de enfriamiento esté por encima de 250°C, e incluso la austenita con C concentrado debido a la reacción previa, precipitará carburo y se descompondrá en bainita, de forma que no se puede conseguir el objeto deseado debido a la cantidad reducida de austenita retenida para la mejora de la capacidad de trabajo mediante la plasticidad inducida por la transformación.
La temperatura de galvanización en baño caliente está preferiblemente entre la temperatura de fusión del baño del recubrimiento metálico y 500°C. Si está por encima de 500°C el vapor procedente del baño del recubrimiento metálico llega a ser excesivo hasta el punto de obstaculizar la manejabilidad. Mientras que no haya necesidad de restricciones particulares sobre la velocidad de calentamiento hasta la temperatura de mantenimiento después de la aplicación del recubrimiento metálico, desde el punto de vista de la estructura del recubrimiento metálico y de la microestructura del acero, es preferiblemente 3°C/s.
Las temperaturas de calentamiento y las temperaturas de enfriamiento para cada etapa anteriormente descritas no necesitan ser constantes mientras que estén dentro de los intervalos especificados, y con variaciones dentro de aquellos intervalos no hay deterioro, y hay con frecuencia mejoras de las propiedades del producto final.
Para una mayor mejora en la adherencia de la adherencia del recubrimiento metálico, se puede proporcionar un recubrimiento metálico, simple o compuesto, de Ni, Cu, Co o Fe sobre la lámina de acero antes del recocido del recubrimiento metálico después del laminado en frío. Para una mejora aún mayor de la adherencia del recubrimiento metálico, la atmósfera durante el recocido de la lámina de acero se puede ajustar de forma que la superficie de la lámina de acero se oxide primero y luego se reduzca para la purificación de la lámina de acero antes de la aplicación del recubrimiento metálico. Tampoco hay problema con la mejora adicional de la adherencia del recubrimiento metálico mediante lavado con ácido o pulido antes de recocer para quitar los óxidos de la superficie de la lámina de acero. Este tratamiento puede aumentar mucho la adherencia del recubrimiento metálico.
Ejemplos
El acero que comprende los componentes listados en la Tabla 1 se laminó en caliente, se laminó en frío, se recoció y se le aplicó un recubrimiento metálico bajo las condiciones mostradas en la Tabla 2, y luego se sometió a un laminado endurecedor a 0,6% para fabricar láminas de acero. Las láminas de acero fabricadas fueron sometidas al "ensayo de tracción", "ensayo de medida de la austenita retenida", "ensayo de soldadura", "análisis de una sección de 0,5 \mum de la capa superficial de la lámina de acero", "propiedades del recubrimiento metálico", "adherencia del recubrimiento metálico" y "medida de la concentración de la capa del recubrimiento metálico", como se explica más abajo.
El "ensayo de tracción" fue un ensayo de tracción a temperatura ordinaria llevado a cabo en una regleta para ensayos de tracción JIS Nº 5, con un espesor calibrado de 50 mm y una velocidad de tracción de 10 mm/min.
El "ensayo de medida de la austenita retenida" fue una medición por el denominado método de los "cinco picos" por el que un 1/4 del espesor de capa interna de la lámina procedente de la capa superficial se pule químicamente y se determina la intensidad de Fe-\alpha y de Fe-\gamma mediante análisis de rayos-X usando un tubo de Mo.
El "ensayo de soldadura" se llevó a cabo mediante soldadura por puntos bajo la siguientes condiciones, corriente de soldadura: 10 kA; presión aplicada: 220 kg,; tiempo de soldadura: 12 ciclos; diámetro del electrodo: 6 mm; forma del electrodo: abovedado, punta 6\Phi-40R, y se evaluó el número de puntos continuos hasta el punto en el que el diámetro del punto de soldadura caía por debajo de 4t (t: espesor de la lámina). La escala de evaluación fue la siguiente, \bigcirc: >1000 puntos continuos, \triangle: 500-1000 puntos continuos, \bullet: <500 puntos continuos; Aquí, \bigcirc se definió como aceptable y \triangle/\bullet como inaceptable.
El "análisis de una sección de 0,5 \mum de la capa superficial de la lámina de acero" se basó en dos tipos, medida mediante análisis EPMA de una sección de 0,5 \mum en la interfase del recubrimiento metálico/lámina de una sección transversal de la lámina de acero recubierta metálicamente, y análisis EDS mediante observación TEM de una muestra preparada por el método FIB. Para la medida, se usó una muestra patrón para construir una curva de calibración. Prácticamente no hubo diferencia entre las medidas.
Las "propiedades del recubrimiento metálico" se determinaron visualmente juzgando el estado de cualquiera de las secciones no recubiertas metálicamente sobre el exterior de la lámina de acero recubierta metálicamente, y se evaluó basándose en las siguiente escala. \circledcirc \leq 3/dm^{2}, \bigcirc: 4-10/dm^{2}, \triangle: 11-15/dm^{2}, \bullet: \geq16/dm^{2}. Aquí, \circledcirc/\bigcirc se definieron como aceptable y \triangle/\bullet como inaceptables.
La "adherencia del recubrimiento metálico" se determinó sometiendo la lámina de acero recubierta metálicamente a un ensayo de cinta después de un ensayo de doblado en V a 60°, y se evaluó basándose en la siguiente escala.
Ennegrecimiento (%) en el ensayo de la cinta
Evaluación: \circledcirc ... 0 - <10
Evaluación: \bigcirc ... 10 - <20
Evaluación: \triangle ... 20 - <30
Evaluación: \bullet ... \geq30
(\circledcirc/\bigcirc = aceptable, \triangle/\bullet = inaceptable).
La "medida de la concentración del recubrimiento metálico" se realizó mediante análisis de emisión ICP después de disolver la capa del recubrimiento metálico en ácido clorhídrico al 5% que contenía un inhibidor basado en amina.
Los resultados de los ensayos de evaluación del comportamiento se muestran en las Tablas 3 y 4. Las muestras 1-23 de la invención eran láminas de acero galvanizadas en baño caliente y láminas de acero gálvanorrecocidas en baño caliente con 2-20% de austenita retenida, con una elongación total de al menos 30% incluso a 550 MPa o más, y una alta resistencia y capacidad de conformado satisfactorias, con propiedades satisfactorias de la capa de recubrimiento metálico y también buena soldabilidad. Por el contrario, las muestras 24 y 25 tenían bajas concentraciones de C, las muestras 26 y 27 tenían altas concentraciones de C, las muestras 28 y 29 tenían bajas concentraciones de Si, las muestras 30 y 31 tenían altas concentraciones de Si, las muestras 32 y 33 tenían bajas concentraciones de Al, las muestras 34 y 35 tenían altas concentraciones de Al, las muestras 36 y 37 fallaban al satisfacer la relación entre Si y Al en el acero, las muestras 38 y 39 fallaban al satisfacer las relaciones de las concentraciones en los 0,5 \mum de la superficie de la lámina de acero, las muestras 40 y 41 tenían bajas concentraciones de Mn, las muestras 42 y 43 tenían altas concentraciones de Mn, las muestras 44 y 45 tenían altas concentraciones de P, las muestras 46 y 47 tenían altas concentraciones tenían altas concentraciones de S, las muestras 48 y 49 tenían bajas concentraciones de Ni, las muestras 50 y 51 tenían altas concentraciones de Ni, las muestras 52 y 53 tenían altas concentraciones de Cu y las muestras 54 y 55 tenían altas concentraciones de Al en los recubrimientos metálicos; estos fallaron al satisfacer la cantidad de austenita retenida, la combinación de alta resistencia y capacidad de conformado por presión, las propiedades del recubrimiento metálico y la soldabilidad, y no se consiguió el objeto de la invención.
Incluso con acero según la invención, cualquier problema con alguna de las condiciones del tratamiento hace que falle al satisfacer la totalidad de las condiciones para la cantidad de austenita retenida, la combinación de alta resistencia y la capacidad de conformado por presión, las propiedades del recubrimiento metálico y la soldabilidad, y el objeto de la invención, por lo tanto no se consigue.
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Aplicabilidad industrial
Como se explicó anteriormente, según la presente invención se proporcionan láminas de acero gálvanorrecocidas y galvanizadas en baño caliente, de alta resistencia, con una satisfactoria capacidad de conformado por presión y adherencia del recubrimiento metálico, así como un procedimiento para la fabricación eficaz de las láminas de acero.

Claims (4)

1. Una lámina de acero galvanizada en baño caliente, de alta resistencia, con excelente adherencia del recubrimiento metálico y capacidad de conformado por presión, lámina de acero que contiene, en términos de tanto por ciento en peso,
C: 0,05-0,2%,
Si: 0,2-2,0%,
Mn: 0,2-2,5%,
Al: 0,01-1,5%,
Ni: 0,73-5,0%
P: <0,03% y
S: <0,02%, opcionalmente uno o más seleccionados de
Cu: menos de 0,2%,
B: 0,0002-0,01%,
Co: <0,3%, Sn: <0,3%,
Mo: <0,5%, Cr: <1%, V: <0,3%, Ti: <0,06%
Nb: <0,06, Tierras raras: <0,05%, Ca: <0,05%,
Zr: <0,05%, Mg: <0,05%, Zn: <0,02%, W: <0,05%,
As: <0,02%, N: <0,03% y O: <0,05%,
donde la relación entre Si y Al es tal que 0,4(%) \leq Si + 0,8 Al(%) \leq 2,0%, y el resto consiste en Fe e impurezas inevitables, en la que el porcentaje, en volumen, de la austenita retenida en la lámina de acero es del 2-20% y en donde la superficie de la lámina de acero en la que la relación entre el Ni, Cu, Co, Sn y Si, Al en 0,5 \mum de la capa superficial de la lámina de acero es tal que Ni + Cu + Co + Sn(%) \geq 1/4 Si + 1/3 Al(%), tiene una capa de recubrimiento de Zn que comprende Al: \leq 1%, opcionalmente Fe: 8-15%, y opcionalmente uno o más seleccionados entre Mn: <0,02%, Pb: <0,01%, Fe: <0,2%, donde dicho Fe opcional: 8-15%, no está comprendido en dicha capa de recubrimiento de Zn, Sb: <0,01%, Ni: <3,0%, Cu: <1,5%, Sn: <0,1%, Co: <0,1%, Cd: <0,01% y Cr: <0,05%, con el resto Zn e impurezas inevitables.
2. Un lámina de acero galvanizada en baño caliente, de alta resistencia, con excelente adherencia del recubrimiento metálico y capacidad de conformado por presión, según la reivindicación 1, en la que la relación de Cu y B es tal que B \times Cu(%) \geq 0,00005(%), cuando están comprendidos tanto el Cu como el B.
3. Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanizada o galvanorrecocida en baño caliente, de alta resistencia, con excelente adherencia del recubrimiento metálico y capacidad de conformado por presión, que tiene 2-20% de austenita retenida y una capa de recubrimiento de Zn que comprende Al en \leq 1%, y opcionalmente Fe en un 8-15% con el resto Zn e impurezas inevitables, por lo que un acero que tenga la composición de componentes de la reivindicación 1 ó 2, se funde y se solidifica, y luego se calienta a 1150°C o más, durante al menos 45 minutos, después de lo cual es sometido a un laminado en caliente y es enrollado a 400-780°C, y después de un tratamiento de descamación para laminar en frío a una relación de reducción del 35-85%, posteriormente recocido durante 10 segundos a 6 minutos en un intervalo de temperatura bifásica de 650-900°C y, finalmente, se somete a galvanización en baño caliente, manteniéndose opcionalmente en un intervalo de temperatura de 450-600°C durante 5 segundos a 1 minuto cuando dicho Fe opcional, en 8-15%, está comprendido en dicha capa del recubrimiento de Zn, y luego se enfría por debajo de 250°C a una velocidad de enfriamiento de al menos 5°C/s.
4. Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanizada o galvanorrecocida en baño caliente, de alta resistencia, con excelente capacidad de conformado por presión, según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho recocido está seguido por un enfriamiento a 350-500°C, a una velocidad de enfriamiento de 2-200°C/s y un mantenimiento en ese intervalo de temperatura durante no más de 5 minutos.
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