ES2302313T3 - HOT GALVANIZATION BATHROOM OF PARTS OF ANY KIND OF STEEL. - Google Patents
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Abstract
Description
Baño de galvanización en caliente de piezas de cualquier clase de acero.Hot dip galvanizing parts Any kind of steel.
La presente invención tiene como objeto un baño de galvanización en caliente de piezas de cualquier clase de acero que pueden contener o no silicio y/o fósforo.The subject of the present invention is a bath Hot dip galvanizing parts of any kind of steel which may or may not contain silicon and / or phosphorus.
Es bien conocido que, en todos los campos de la industria, es necesario proteger las piezas de hierro, de fundición o de acero contra la corrosión.It is well known that, in all fields of the industry, it is necessary to protect the iron parts, foundry or corrosion steel.
La galvanización, en particular la galvanización por inmersión en caliente, que consiste en recubrir las piezas a proteger con una capa basada en cinc, es uno de los procedimientos más habitualmente utilizados para obtener dicha protección.Galvanization, in particular galvanization by hot dipping, which consists of coating the pieces to Protect with a zinc-based layer, it is one of the procedures most commonly used to obtain such protection.
Con este fin, se sumergen las piezas a tratar en un baño de cinc o de una aleación de cinc fundido a una temperatura del orden de 400 a 500ºC.To this end, the pieces to be treated are submerged in a zinc bath or a molten zinc alloy at a temperature on the order of 400 to 500 ° C.
Antes de efectuar esta operación, es necesario preparar las piezas a tratar para que sean aptas para recibir la capa de galvanización y permitir una deposición uniforme de esta capa sobre toda su superficie.Before performing this operation, it is necessary prepare the pieces to be treated so that they are suitable for receiving the galvanizing layer and allow a uniform deposition of this layer over its entire surface.
Este tratamiento previo consiste clásicamente en etapas sucesivas de desengrasado, generalmente efectuado en medio alcalino, de decapado ácido asociado a un inhibidor del ataque, y de aplicación de fundente en un baño de pretratamiento que comprende generalmente cloruro de cinc y cloruro de amonio.This pretreatment classically consists of successive stages of degreasing, usually performed in between alkaline, acid pickling associated with an attack inhibitor, and flux application in a pretreatment bath comprising generally zinc chloride and ammonium chloride.
Entre las etapas de desengrasado, de decapado y de aplicación de fundente, generalmente se aclaran las piezas a tratar con agua.Between the degreasing, pickling and of flux application, parts are usually rinsed to treat with water
Además, entre estas etapas preliminares y la etapa de tratamiento en el baño de galvanización, se puede emplear una etapa de secado en estufa que consiste en secar la capa de interfase obtenida al final de la etapa de aplicación de fundente y montar las piezas a tratar a temperatura.In addition, between these preliminary stages and the Treatment stage in the galvanizing bath, can be used an oven drying stage that consists of drying the layer of interface obtained at the end of the flux application stage and assemble the parts to be treated at temperature.
Los revestimientos de galvanización deben presentar un aspecto uniforme no veteado y brillante, una buena adherencia frente al acero y además un grosor homogéneo generalmente del orden de 10 a 70 \mum.Galvanizing coatings must present a uniform appearance not veined and bright, a good adhesion against steel and also a generally homogeneous thickness of the order of 10 to 70 µm.
Para mejorar estas características y obtener depósitos de galvanización plenamente satisfactorios, se ha propuesto ya añadir al cinc fundido elementos distintos tales como, a modo de ejemplo, níquel, cobre, plomo, hierro, cobalto o incluso aluminio.To improve these features and get galvanizing tanks fully satisfactory, it has proposed already add to the molten zinc different elements such as, by way of example, nickel, copper, lead, iron, cobalt or even aluminum.
Es particularmente conocido que la adición de aluminio mejora el brillo de los revestimientos de galvanización, reduce la oxidación superficial del cinc, mejora la fluidez del baño y permite controlar la reacción cinc/hierro, lo que contribuye a la obtención del grosor.It is particularly known that the addition of Aluminum improves the brightness of galvanizing coatings, Reduces surface oxidation of zinc, improves bath fluidity and allows to control the zinc / iron reaction, which contributes to the obtaining the thickness.
El documento WO 98/53109 A describe un baño de galvanización en caliente de piezas de acero al silicio y/o fósforo que comprende cinc, así como 1 a 5% en peso de bismuto y estaño, 0,025 a 0,200% en peso de manganeso y 0 a 0,30% en peso de aluminio.WO 98/53109 A describes a bath of hot galvanization of silicon and / or phosphor steel parts comprising zinc, as well as 1 to 5% by weight of bismuth and tin, 0.025 to 0.200% by weight of manganese and 0 to 0.30% by weight of aluminum.
El documento WO 02/33140 A describe un baño de galvanización en caliente de piezas de acero que comprende cinc, así como 0,1 a menos de 0,8% en peso de estaño, 0,05 a 0,2% en peso de bismuto y 0,001 a 0,008% en peso de aluminio.WO 02/33140 A describes a bath of hot galvanization of steel parts comprising zinc, as well as 0.1 to less than 0.8% by weight of tin, 0.05 to 0.2% by weight of bismuth and 0.001 to 0.008% by weight of aluminum.
El documento WO 2005/056867 A describe un baño de galvanización en caliente de piezas de acero que comprende cinc, así como 0,5 a 5% en peso de estaño, 0,5 a 5% en peso de bismuto, 0,025 a 0,200% en peso de vanadio y manganeso y 0 a 0,05% en peso de aluminio.WO 2005/056867 A describes a bath Hot dip galvanizing steel parts comprising zinc, as well as 0.5 to 5% by weight of tin, 0.5 to 5% by weight of bismuth, 0.025 to 0.200% by weight of vanadium and manganese and 0 to 0.05% by weight of aluminum.
El documento WO 98/55664 A describe un baño de galvanización en caliente de piezas de acero reactivo que contienen silicio que comprende cinc, así como al menos 0,001% en peso de aluminio, 0,5 a 2% en peso de estaño, 0,05 a 0,5% en peso de bismuto y al menos 0,02% en peso de vanadio.WO 98/55664 A describes a bath of hot dip galvanizing reactive steel parts containing silicon comprising zinc, as well as at least 0.001% by weight of aluminum, 0.5 to 2% by weight of tin, 0.05 to 0.5% by weight of bismuth and at least 0.02% by weight vanadium.
Sin embargo, aunque los aceros no aleados y las fundiciones maleables pueden experimentar de manera satisfactoria un tratamiento en los baños de galvanización clásicos, especialmente aquellos que comprenden aluminio, no es el caso en ciertos aceros aleados, especialmente chapas de acero que presentan altos contenidos de silicio y/o de fósforo.However, although unalloyed steels and malleable foundries can experience satisfactorily a treatment in classic galvanizing baths, especially those that comprise aluminum, is not the case in certain steels alloys, especially steel sheets that have high silicon and / or phosphorus contents.
Efectivamente, en el caso de dichos aceros, la operación de galvanización por inmersión en caliente clásica desemboca en la obtención de revestimientos que tienen un aspecto grisáceo insatisfactorio desde el punto de vista estético, de grosor anormalmente elevado que puede ir hasta los 400 o incluso 500 \mum y además poco adherentes o poco resistentes a los choques (riesgo de desconchado bajo choques puntuales).Indeed, in the case of these steels, the classic hot dip galvanizing operation it results in obtaining coatings that have an appearance greyish unsatisfactory from the aesthetic point of view of abnormally high thickness that can go up to 400 or even 500 \ mum and also little adherent or little resistant to shocks (risk of chipping under specific shocks).
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Estos problemas están ligados esencialmente al hecho de que la presencia de silicio y/o fósforo aumenta la reactividad del acero y favorece la formación rápida de compuestos intermetálicos frágiles.These problems are essentially linked to fact that the presence of silicon and / or phosphorus increases the steel reactivity and favors the rapid formation of compounds fragile intermetallic.
Para estudiar más precisamente este fenómeno, los especialistas han definido la noción de silicio equivalente de un acero (Si equivalente= Si + 2,5 P) y analizado las variaciones de grosor de una capa de galvanización depositada sobre una pieza de acero en función del contenido de Si equivalente de este acero.To study more precisely this phenomenon, specialists have defined the notion of equivalent silicon of a steel (If equivalent = Si + 2.5 P) and analyzed the variations of thickness of a galvanizing layer deposited on a piece of steel depending on the equivalent Si content of this steel.
Así, se ha podido establecer al trazar la denominada curva de Sandelin que se representa en la figura 1, que en el caso de aceros al silicio y/o fósforo, el grosor de la capa de galvanización no es una función lineal del contenido de Si equivalente.Thus, it has been established by plotting the called the Sandelin curve shown in figure 1, which in the case of silicon and / or phosphorus steels, the thickness of the layer of Galvanization is not a linear function of the Si content equivalent.
La curva de Sandelin se caracteriza efectivamente por un pico de grosor designado con el nombre de "pico de Sandelin" cuya presencia prueba que el crecimiento de la capa de galvanización es muy rápido en las cercanías de un contenido de Si equivalente igual a 0,1%.The Sandelin curve is characterized effectively by a peak of thickness designated by the name of "Sandelin peak" whose presence proves that the growth of the galvanizing layer is very fast in the vicinity of a equivalent Si content equal to 0.1%.
Resulta que los baños de galvanización en caliente clásicos permiten obtener resultados satisfactorios para las clases de acero denominados "hipo-Sandelin", de bajo contenido de silicio o silicio equivalente (Si equivalente < 0,01%), pero no para las clases de acero que tienen un contenido superior de Si equivalente.It turns out that the galvanization baths in Hot classics allow you to get satisfactory results for the so-called steel classes "hypo-Sandelin", low silicon content or equivalent silicon (if equivalent <0.01%), but not for steel classes that have a higher Si content equivalent.
Ahora bien, se han desarrollado recientemente nuevos aceros que se distinguen por un contenido no insignificante de silicio y/o fósforo tales como los aceros de límite elástico alto (HLE) o de límite elástico muy alto (THLE), que comprenden hasta un 2% de Si equivalente y cuyas características mecánicas son particularmente interesantes.Now, they have recently developed new steels that are distinguished by non-insignificant content of silicon and / or phosphorus such as high yield strength steels (HLE) or very high elastic limit (THLE), comprising up to 2% of Si equivalent and whose mechanical characteristics are particularly interesting.
Sería ventajoso en consecuencia poder disponer de un baño de galvanización por inmersión en caliente capaz de permitir obtener depósitos satisfactorios en términos de aspecto, adherencia y grosor sobre todas las clases de acero, incluyendo los aceros de muy bajo contenido de Si equivalente y los aceros HLE o THLE, es decir, que permitiera "alisar" la curva de Sandelin.It would be advantageous accordingly to have of a hot dip galvanizing bath capable of allow to obtain satisfactory deposits in terms of appearance, adhesion and thickness on all kinds of steel, including steels of very low Si equivalent content and HLE steels or THLE, that is, that would allow "smoothing" the curve of Sandelin
La invención tiene como objeto proponer un baño de galvanización en caliente de piezas de acero que tenga una composición particular que permita alcanzar ese objetivo.The object of the invention is to propose a bath hot-dip galvanized steel parts that have a particular composition to achieve that goal.
Se adapta dicho baño de galvanización en caliente al tratamiento de piezas de cualquier clase de acero que haya experimentado previamente un pretratamiento de desengrasado, decapado ácido y de fundente.Said galvanization bath is adapted in heat the treatment of parts of any kind of steel that have previously experienced a degreasing pretreatment, acid and flux pickling.
Se caracteriza porque está constituido por una aleación de cinc que comprende 0,1 a 1,5% en peso de bismuto, 0,1 a 1,5% en peso de estaño, 0,04 a 0,15% en peso de vanadio, 0,10 a 0,30% en peso de manganeso y al menos 0,002% en peso de aluminio, estando constituido el resto hasta 100% en peso por cinc de pureza comercial.It is characterized because it is constituted by a zinc alloy comprising 0.1 to 1.5% by weight of bismuth, 0.1 to 1.5% by weight of tin, 0.04 to 0.15% by weight of vanadium, 0.10 to 0.30% by weight of manganese and at least 0.002% by weight of aluminum, the rest being constituted up to 100% by weight per zinc of purity commercial.
Efectivamente, se ha podido establecer de manera sorprendente, según la invención, que la adición de bismuto y estaño a un baño de galvanización en caliente permite mejorar la fluidez de este baño y en consecuencia favorecer la penetración del revestimiento en la superficie de piezas a tratar y por tanto su adherencia.Indeed, it has been established so surprising, according to the invention, that the addition of bismuth and tin to a hot dip galvanization bath improves the fluidity of this bath and consequently favor the penetration of surface coating of parts to be treated and therefore its adherence.
En dicho baño, el resto hasta 100% en peso está constituido por cinc de pureza comercial (calidad Z1 o Z2 que tiene un contenido mínimo de cinc de 99,995% o 99,95%, respectivamente).In said bath, the rest up to 100% by weight is constituted by commercial purity zinc (quality Z1 or Z2 that has a minimum zinc content of 99.995% or 99.95%, respectively).
Se ha podido verificar, según la invención, que la adición de manganeso y vanadio y aluminio al baño de galvanización en caliente permite de manera sorprendente reducir la reactividad del cinc y por tanto los grosores de depósito para un amplio intervalo de aceros que tienen contenidos elevados de silicio y/o fósforo.It has been possible to verify, according to the invention, that the addition of manganese and vanadium and aluminum to the bathroom hot dip galvanizing allows surprisingly reduce zinc reactivity and therefore deposit thicknesses for a wide range of steels that have high silicon contents and / or phosphorus.
Dicho baño permite paralelamente tratar de manera satisfactoria aceros que sólo comprenden un bajo contenido de silicio y/o fósforo y obtener igualmente, sobre dichos aceros, depósitos de aspecto estético, de grosor y adherencia aptos para responder a las exigencias.Said bath allows to try in parallel satisfactory way steels that only comprise a low content of silicon and / or phosphorus and also obtain, on said steels, aesthetic, thick and adherent deposits suitable for Respond to the requirements.
Se han podido obtener particularmente, en un amplio intervalo de clases de acero que tienen o no contenidos elevados de silicio y/o fósforo, depósitos de galvanización totalmente satisfactorios en términos de aspecto, adherencia y grosor utilizando un baño de galvanización en caliente que comprende en proporciones en peso: 0,10% de vanadio, 0,17% de manganeso, 0,006% de aluminio, 0,2% de estaño y 0,2% de bismuto, estando constituido el resto hasta 100% por cinc de pureza comercial.They have been able to obtain particularly, in a wide range of steel classes that have or not contained high silicon and / or phosphorus, galvanization tanks totally satisfactory in terms of appearance, adhesion and thickness using a hot dip galvanizing bath comprising in proportions by weight: 0.10% vanadium, 0.17% manganese, 0.006% aluminum, 0.2% tin and 0.2% bismuth, being constituted the rest up to 100% zinc commercial purity.
Se ha podido establecer por otro lado que la utilización del baño de galvanización según la invención permite mejorar las características mecánicas y particularmente el comportamiento a fatiga de aceros HLE y THLE.It has been established on the other hand that the use of the galvanizing bath according to the invention allows improve mechanical characteristics and particularly the Fatigue behavior of HLE and THLE steels.
Es conocido que cuanto más elevadas son las propiedades mecánicas de un material (lo que es el caso en los aceros HLE y THLE) menor debe ser el grosor del revestimiento de galvanización en caliente para no influir en su comportamiento a fatiga.It is known that the higher the mechanical properties of a material (which is the case in steels HLE and THLE) smaller must be the thickness of the lining of hot dip galvanizing so as not to influence your behavior to fatigue.
El diagrama de Kitagawa indica, para un acero dado, las variaciones del límite máximo de ruptura después de un esfuerzo cíclico de un millón de ciclos, en función del grosor de un revestimiento de galvanización clásica.The Kitagawa diagram indicates, for a steel given, the variations of the maximum breaking limit after a cyclical effort of one million cycles, depending on the thickness of a classic galvanizing coating.
Según un ejemplo, el límite máximo de ruptura del acero era igual a 350 MPa en estado bruto, y permanecía esencialmente constante para los revestimientos de galvanización de grosor inferior a aproximadamente 80 \mum antes de disminuir claramente.According to an example, the maximum breaking limit of steel was equal to 350 MPa in the rough state, and remained essentially constant for galvanizing coatings of thickness less than about 80 µm before decreasing clearly.
En consecuencia, para el acero así analizado, el grosor máximo admisible del revestimiento de galvanización era de aproximadamente 80 \mum.Consequently, for the steel thus analyzed, the maximum permissible thickness of the galvanizing coating was approximately 80 µm.
Para caracterizar la influencia de un revestimiento de galvanización sobre el comportamiento a fatiga de diferentes clases de acero HLE o THLE referidos A a E, se han determinado los límites máximos de ruptura después de un esfuerzo cíclico de un millón de ciclos de estos aceros en estado bruto y revestidos con un revestimiento de galvanización.To characterize the influence of a galvanizing coating on fatigue behavior of different kinds of HLE or THLE steel referred to A to E, have determined the maximum breaking limits after an effort cyclic one million cycles of these steels in the raw state and coated with a galvanizing coating.
A continuación, se ha calculado el porcentaje de pérdida de comportamiento a fatiga entre las muestras brutas y las muestras revestidas y se ha definido según el diagrama de Kitagawa el grosor máximo del revestimiento de galvanización para no afectar al comportamiento a fatiga.Next, the percentage of loss of fatigue behavior between gross samples and coated samples and has been defined according to the Kitagawa diagram The maximum thickness of the galvanizing coating so as not to affect to fatigue behavior.
Los resultados obtenidos se reúnen en la tabla 1 a continuación.The results obtained are gathered in table 1 then.
Se ha observado así que para ciertas clases de acero no se observaba pérdida de comportamiento a fatiga después de un millón de ciclos, y por tanto que el revestimiento de galvanización no ha afectado a las características mecánicas del acero (por ejemplo el acero B), mientras que para otras clases de acero tales como, por ejemplo, el acero E, se puede tener más de un 20% de pérdida de comportamiento a fatiga en presencia de un revestimiento de galvanización de 72 \mum, lo que impone un grosor máximo insuperable que es de 50 \mum.It has been observed that for certain kinds of steel was not observed fatigue loss after a million cycles, and therefore that the lining of Galvanization has not affected the mechanical characteristics of the steel (for example steel B), while for other kinds of steel such as, for example, steel E, can have more than one 20% loss of fatigue behavior in the presence of a 72 µm galvanizing coating, which imposes a maximum unsurpassed thickness that is 50 µm.
Se ha efectuado paralelamente un ensayo comparativo del comportamiento a fatiga de una muestra de acero THLE revestido con un revestimiento de galvanización clásico (Galva A) y con un revestimiento de galvanización obtenido después de tratamiento en un baño según la invención (invención).A trial has been carried out in parallel comparison of the fatigue behavior of a sample of THLE steel coated with a classic galvanizing coating (Galva A) and with a galvanizing coating obtained after treatment in a bath according to the invention (invention).
Los resultados obtenidos se reúnen en la tabla 2 a continuación.The results obtained are gathered in table 2 then.
Se ha establecido así que, para un grosor de revestimiento idéntico, la pérdida de comportamiento a fatiga con relación a la muestra bruta no revestida se ha elevado un 20% para la muestra Galva A, frente a solamente un 7% para aquella tratada en el baño de galvanización según la invención.It has been established so, for a thickness of identical coating, loss of fatigue behavior with ratio to the gross uncoated sample has risen 20% to Galva A sample, compared to only 7% for that treated in the galvanization bath according to the invention.
Este resultado es capaz de probar que el baño de galvanización según la invención permite obtener una estructura de depósito específica capaz de favorecer la limitación de la reducción del comportamiento a fatiga del acero.This result is able to prove that the bathroom galvanization according to the invention allows to obtain a structure of specific deposit capable of favoring the reduction limitation of the fatigue behavior of steel.
El carácter particularmente ventajoso del baño de galvanización según la invención se ha podido confirmar además, por ejemplo, a continuación.The particularly advantageous character of the bathroom Galvanizing according to the invention has also been confirmed, For example, below.
Se han preparado 18 muestras de aceros que tienen un contenido variable de silicio y fósforo.18 samples of steels have been prepared that They have a variable content of silicon and phosphorus.
Las composiciones de estos aceros se precisan en la tabla 3 siguiente.The compositions of these steels are specified in Table 3 below.
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\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Se han sometido estas 18 muestras a un tratamiento previo clásico de desengrasado, aclarado, decapado, aplicación de fundente y secado en estufa.These 18 samples have been submitted to a classic pre-treatment of degreasing, rinsing, pickling, application of flux and drying in stove.
A continuación, se les ha sumergido durante 7 minutos en un baño de galvanización según la invención llevado a una temperatura de 450ºC y que comprende 0,10% de vanadio, 0,17% de manganeso, 0,2% de bismuto, 0,2% de estaño y 0,0060% de aluminio, estando constituido el resto hasta 100% por cinc de pureza comercial.Then they have been submerged for 7 minutes in a galvanizing bath according to the invention taken to a temperature of 450 ° C and comprising 0.10% vanadium, 0.17% of manganese, 0.2% bismuth, 0.2% tin and 0.0060% aluminum, the rest being constituted up to 100% by zinc of purity commercial.
Se han analizado a continuación los depósitos de galvanización en caliente así obtenidos y se han calculado particularmente sus grosores medios y sus pesos.The deposits of hot galvanization thus obtained and have been calculated particularly its average thicknesses and weights.
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Las características de estos depósitos se reúnen en la tabla 4 siguiente.The characteristics of these deposits meet in table 4 below.
Se han trazado igualmente las curvas que representan las variaciones del grosor medio (figura 2) y del peso (figura 3) de los depósitos de galvanización en función del contenido de Si equivalente (si + 2,5 P) de las muestras de acero.They have also drawn the curves that they represent the variations of the average thickness (figure 2) and the weight (figure 3) of the galvanization tanks according to the equivalent Si content (if + 2.5 P) of the samples of steel.
Estas curvas prueban de manera incontestable que el baño de galvanización según la invención ha permitido "alisar" la curva de Sandelin y obtener depósitos de galvanización satisfactorios para cualquier clase de acero de la muestra.These curves prove incontestably that the galvanizing bath according to the invention has allowed "smooth" the Sandelin curve and get deposits of satisfactory galvanization for any kind of steel of the sample.
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