ES2294334T3 - Acero de muy alta resistencia mecanica y procedimiento de fabricacion de una lamina de este acero revestida con zinc o con aleacion de zinc. - Google Patents

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Abstract

Acero de muy alta resistencia mecánica, cuya composición química comprende, en % en peso: 0, 080% = C = 0, 120% 0, 800% = Mn = 0, 950% Si = 0, 300% Cr = 0, 300% 0, 150% = Mo = 0, 350% 0, 020% = Al = 0, 100% P = 0, 100% B = 0, 010% Ti = 0, 050% el resto siendo hierro e impurezas resultantes de la elaboración, su micro-estructura estando constituida por ferrita y martensita.

Description

Acero de muy alta resistencia mecánica y procedimiento de fabricación de una lámina de este acero revestida con zinc o con aleación de zinc.
La presente invención concierne a un acero a muy alta resistencia mecánica, así como un procedimiento de fabricación de una lámina de este acero revestida con zinc o con aleación de zinc.
Existen varias familias de aceros de muy alta resistencia mecánica que difieren por sus composiciones y por su micro-estructura. Así, los aceros llamados de fase dual tienen una micro-estructura compuesta de ferrita y de martensita, que les permite alcanzar resistencias a la tracción que van de 400 MPa a más de 1200 MPa.
A fin de obtener las micro-estructuras que permitirían alcanzar características mecánicas elevadas, esos tipos de acero son fuertemente cargados en elementos tales como el cromo, el silicio, el manganeso, el aluminio o el fósforo. Esos tipos de acero poseen no obstante problema cuando se desea revestirlos con un revestimiento protector contra la corrosión, por galvanización por temple en caliente, por ejemplo.
En efecto, se observa que la superficie de las chapas presenta una muy mala aptitud a la humectación frente al zinc o las aleaciones de zinc. Las chapas comprenden entonces partes no revestidas, que constituyen zonas privilegiadas para el inicio de la corrosión.
Para mitigar este problema, diferentes aproximaciones han sido propuestas. Así, se conocen procedimientos que consisten en efectuar un pre-revestimiento de un metal que permite proporcionar una mejor base de enganche para el zinc. Se ha propuesto a este efecto depositar hierro, aluminio, cobre y otros elementos, en general por electro-deposición. Esos procedimientos presentan el inconveniente de añadir una etapa suplementaria antes de la galvanización propiamente dicha.
Ha sido propuesto igualmente hacer pasar las chapas por hornos de recocido presentando, específicamente, atmósferas particulares, que permiten oxidar selectivamente el hierro, a fin de formar una capa de óxido de hierro sobre la cual el zinc se deposita bien. Un procedimiento de este tipo es sin embargo de una regulación muy delicada y necesita un control muy estricto de las condiciones de oxidación.
La presente invención tiene por lo tanto como objeto poner a disposición una composición de acero que no presenta los inconvenientes de las composiciones del arte anterior, y presentando en particular una buena aptitud al revestimiento con zinc o aleaciones de zinc, conservando completamente elevadas características mecánicas.
A este efecto, un primer objeto de la invención está constituido por un acero de muy alta resistencia mecánica, cuya composición química comprende, en % en peso:
0,080% \leq C \leq 0,120%
0,800% \leq Mn \leq 0,950%
Si \leq 0,300%
Cr \leq 0,300%
0,150% \leq Mo \leq 0,350%
0,020% \leq Al \leq 0,100%
P \leq 0,100%
B \leq 0,010%
Ti \leq 0,050%
el resto siendo hierro e impurezas resultantes de la elaboración, su micro-estructura estando constituida por ferrita y martensita.
Ese modo de realización permite obtener una lámina de acero que tiene una resistencia a la tracción del orden de 500 MPa.
En otro modo de realización preferido, el acero comprende
0,100% \leq C \leq 0,140%
0,800% \leq Mn \leq 0,950%
Si \leq 0,300%
Cr \leq 0,300%
0,200% \leq Mo \leq 0,400%
0,020% \leq Al \leq 0,100%
P \leq 0,100%
B \leq 0,010%
Ti \leq 0,050%
el resto siendo hierro e impurezas resultantes de la elaboración.
Ese modo de realización permite obtener una lámina de acero que tiene una resistencia a la tracción del orden de 600 MPa.
Un segundo objeto de la invención está constituido por una lámina de acero de muy alta resistencia mecánica conforme a la invención, y revestida con zinc o con aleación de zinc.
Un tercer objeto de la invención está constituido por un procedimiento de fabricación de una lámina de acero según la invención revestida con zinc o con aleación de zinc, y que comprende las etapas que consisten en:
-
elaborar un lingote cuya composición es conforme a la invención,
-
laminar en caliente, y luego en frío dicho lingote para obtener una lámina,
-
calentar dicha lámina a una velocidad comprendida entre 2 y 100ºC/s hasta alcanzar una temperatura de mantenimiento comprendida entre 700 y 900ºC,
-
enfriar dicha lámina a una velocidad comprendida entre 2 y 100ºC/s hasta alcanzar una temperatura próxima a aquella de un baño conteniendo zinc o una aleación de zinc fundido, y luego
-
revestir dicha lámina de zinc o de una aleación de zinc por inmersión en dicho baño y enfriarla hasta una temperatura ambiente a una velocidad de enfriamiento comprendida entre 2 y 100ºC/s.
En otro modo de realización preferido, la lámina es mantenida a una temperatura de mantenimiento durante 10 a 1000 segundos,
En otro modo de realización preferido, el baño conteniendo el zinc o una aleación de zinc fundido es mantenido a una temperatura comprendida entre 450 y 480ºC, y el tiempo de inmersión de la lámina está comprendido entre 2 y 400 segundos.
En otro modo de realización preferido, el baño contiene principalmente zinc.
Un cuarto objeto de la invención está constituido por la utilización de una lámina de muy alta resistencia mecánica de acero revestida de zinc o de aleación de zinc, para la fabricación de piezas de automóviles.
La presente invención está basada en la nueva constatación de que limitando los contenidos en manganeso, silicio y cromo a los valores máximos reivindicados, se puede obtener una excelente capacidad de revestimiento de los tipos de acero así producidos. En función del nivel de características mecánicas buscado, se ajustarán los contenidos en elementos templables tales como el carbono y el molibdeno, donde se ha podido constatar que los mismos no perjudican esta capacidad de revestimiento.
A este efecto, se podrá por ejemplo utilizar la formula clásica dando el logaritmo decimal de la velocidad crítica de temple V (en ºC/s):
Log(V) = 4,5 - 2,7% \ C \gamma - 0,95% \ Mn - 0,18% \ Si - 0,38% \ Cr - 1,17% \ Mo - 1,29 \ (% \ C \ x \ % \ Cr) - 0,33 \ (% \ Cr \ x \ % \ Mo)
donde C\gamma representa el contenido de carbono de la austenita antes del enfriamiento.
La composición del acero según la invención contiene entre 0,080 y 0,120% en peso de carbono, ya que se observa que para un contenido de carbono inferior a 0,060 %, el tipo de acero no sería templable, y no permitiría obtener las características mecánicas elevadas buscadas. Más allá de 0,250% en peso, el carbono deteriora fuertemente la capacidad de soldadura de ese tipo de acero.
La composición contiene igualmente entre 0,800 y 0,950% en peso de manganeso. Igual que para el carbono, el límite inferior es requerido para obtener un tipo de acero templable, mientras que el límite superior debe ser respetado a fin de asegurar una buena capacidad de revestimiento del tipo de acero.
La composición contiene también hasta 0,300% en peso de silicio. El límite superior debe ser respetado a fin de asegurar una buena capacidad de revestimiento del tipo de acero.
La composición contiene además hasta 0,300% en peso de cromo.
El límite superior debe ser respetado a fin de asegurar una buena capacidad de revestimiento del tipo de acero.
En fin, la composición según la invención debe contener entre 0,150 y 0,350% en peso de molibdeno ya que se ha observado que para un contenido inferior a 0,100%, el tipo de acero no permitiría obtener las características mecánicas elevadas buscadas. Más allá de 0,500% en peso, el molibdeno deteriora fuertemente la capacidad de soldadura del tipo de acero.
La composición puede igualmente contener, a título opcional, hasta 0,010% en peso de boro que se protegerá entonces si es necesario por un contenido de 0,050% en peso a lo máximo de titanio. Este último elemento al presentar una afinidad por el nitrógeno más importante que el boro, lo atrapa mediante la formación de nitruros de titanio.
La composición de acero puede igualmente contener diferentes elementos residuales inevitables, entre los cuales se pueden citar N, Nb, Cu, Ni, W, V.
Se prefiere en particular limitar el contenido de nitrógeno que puede hacer el acero sensible al envejecimiento.
Gracias a su capacidad de galvanización mejorada, el acero según la invención encuentra específicamente aplicaciones en el campo de la fabricación de piezas para automóvil, y más particularmente para la fabricación de piezas visibles tales como elementos de carrocería, que presentarán un buen aspecto después de la pintura, contrariamente a aquellas fabricadas hasta el presente con los aceros del arte anterior.
La presente invención va a ser ilustrada a partir de las observaciones y ejemplos siguientes, dados a título de ejemplos no limitativos, la tabla 1 dando la composición química de los aceros probados, en 10^{-3}% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
1
Esas diferentes composiciones fueron elaboradas bajo forma de lingotes de 15 kg. Los lingotes fueron seguidamente recalentados a 1250ºC durante 45 minutos, y luego laminados al calor en 7 pasos, la temperatura al final del laminado siendo de 900ºC.
Las chapas así obtenidas fueron enfriadas por temple con agua con retardador a una velocidad de enfriamiento del orden de 25ºC/s, y luego bobinadas a 550ºC antes de ser enfriadas.
Las mismas fueron seguidamente laminadas en frío con una tasa de reducción de 70% antes de sufrir el ciclo térmico siguiente:
\newpage
-
calentamiento a una velocidad del orden de 30ºC/s hasta alcanzar una temperatura de mantenimiento que varía entre 770 y 810ºC durante un tiempo que varia entre 50 y 80 segundos, para simular velocidades de línea que van de 80 a 150 m/min,
-
enfriamiento de la lámina a una velocidad del orden de 10ºC/s hasta alcanzar 470ºC.
Las láminas son seguidamente sometidas a una galvanización por temple en un baño de zinc, con un tiempo de permanencia en el baño que depende de la velocidad de línea seleccionada (entre 80 y 150 m/min), y luego enfriadas a una velocidad de 5ºC/s hasta la temperatura ambiente.
Para cada lámina, se miden a continuación las características mecánicas siguientes:
- Rm: resistencia a la tracción en MPa
- Rel: límite de elasticidad en MPa,
- A: alargamiento a la ruptura en %
- Ag: alargamiento repartido en %.
- P: meseta en %,
así como la proporción de martensita de las láminas (%M).
Ensayo 1
Influencia del contenido de molibdeno y de la presencia de boro
Esta influencia fue estudiada para los tipos de acero A a F, para una temperatura de mantenimiento de 790ºC y una velocidad de línea de 120 m/min.
2
Para los tipos de acero según la invención, se constata que aumentando el contenido en molibdeno, se aumenta el contenido en martensita, lo que permite aumentar la resistencia a la tracción y disminuir el límite de elasticidad.
Por el contrario, la adición de boro no implica aumento del porcentaje de martensita, sino que conduce más bien a un afinamiento de la martensita y de las fases carburadas.
Ensayo 2
Influencia del tratamiento térmico
Esta influencia fue estudiada para el tipo de acero D para tres velocidades de línea y para tres temperaturas de mantenimiento (en m/min):
3
Se constata que la temperatura de mantenimiento y la velocidad de línea tienen una baja influencia sobre las características mecánicas obtenidas. Esto presenta un gran interés para una aplicación industrial que no deba ser sensible a ese tipo de variaciones.
Esta influencia fue estudiada seguidamente para el tipo de acero F:
4
Se constata que la adición de boro al tipo de acero según la invención estabiliza de forma marcada la proporción de martensita formada que no varía absolutamente, cualquiera que sean los parámetros del tratamiento térmico.
Ensayo 3
Capacidad de Galvanización
Se galvaniza por temple en caliente láminas de los tipos A, B, C y F y se regula el punto de rocío a -40ºC. Las láminas realizadas con los tipos A y B presentan faltas en sus revestimientos, por el contrario los tipos C y F que presentan revestimientos continuos.

Claims (7)

1. Acero de muy alta resistencia mecánica, cuya composición química comprende, en % en peso:
0,080% \leq C \leq 0,120%
0,800% \leq Mn \leq 0,950%
Si \leq 0,300%
Cr \leq 0,300%
0,150% \leq Mo \leq 0,350%
0,020% \leq Al \leq 0,100%
P \leq 0,100%
B \leq 0,010%
Ti \leq 0,050%
el resto siendo hierro e impurezas resultantes de la elaboración, su micro-estructura estando constituida por ferrita y martensita.
2. Lámina de muy alta resistencia mecánica de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque la misma está revestida con zinc o con aleación de zinc.
3. Procedimiento de fabricación de una lámina de acero según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende las etapas que consisten en:
- elaborar un lingote cuya composición es conforme a la reivindicación 1,
- laminar en caliente, y luego en frío dicho lingote para obtener una lámina,
- calentar dicha lámina a una velocidad comprendida entre 2 y 100ºC/s hasta alcanzar una temperatura de mantenimiento comprendida entre 700 y 900ºC,
- enfriar dicha lámina a una velocidad comprendida entre 2 y 100ºC/s hasta alcanzar una temperatura próxima a aquella de un baño conteniendo zinc o una aleación de zinc fundido, y luego
- revestir dicha lámina de zinc o de una aleación de zinc por inmersión en dicho baño y enfriarla hasta una temperatura ambiente, a una velocidad de enfriamiento comprendida entre 2 y 100ºC/s.
4. Procedimiento según la reivindicación 3 caracterizado porque la lámina es mantenida a dicha temperatura de mantenimiento durante 10 a 1000 segundos.
5. Procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 3 o 4 caracterizado porque dicho baño conteniendo zinc o una aleación de zinc fundido es mantenido a una temperatura comprendida entre 450 y 480ºC, y porque el tiempo de inmersión de dicha lámina está comprendido entre 2 y 400 segundos.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 caracterizado porque dicho baño contiene principalmente zinc.
7. Utilización de una lámina de muy alta resistencia mecánica de acero revestida de zinc o de aleación de zinc, según la reivindicación 2 para la fabricación de piezas de automóviles.
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