ES2344839T3 - Metodo para producir una lamina de acero galvanizado de alta resistencia. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta con cinc fundido de alta resistencia, caracterizado porque comprende las etapas de: preparar una lámina de acero que contiene, en % en masa, C: 0,05 a 0,40%, Si: 0,2 a 3,0%, Mn: 0,1 a 2,5%, y que opcionalmente contiene uno o más de P: 0,001 a 0,05%, S: 0,001 a 0,05%, Al: 0,01 a 2%, B: 0,0005 a menos que 0,01%, Ti: 0,01 a menos que 0,1%, V: 0,01 a menos que 0,3%, Cr: 0,01 a menos que 1%, Nb: 0,01 a menos que 0,1%, Ni: 0,01 a menos que 2,0%, Cu: 0,01 a menos que 2,0%, Co: 0,01 a menos que 2,0%, Mo: 0,01 a menos que 2,0%, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y que tiene una relación en volumen de la fase austenita en la fase ferrita de más que 2% y menos que 20%, ajustar una temperatura T en una etapa de recocido de recristalización en un horno de reducción, que tiene una atmósfera de nitrógeno que incluye gas hidrógeno en un intervalo de 1 a 70%, equipado en un horno continuo de galvanización por inmersión en caliente en el intervalo de 650 a 900ºC, y ajustar la atmósfera del horno de reducción mediante la introducción de vapor de agua para tener una relación PH2O/PH2 de la presión parcial del vapor de agua PH2O y la presión parcial del hidrógeno PH2 de la atmósfera de dicho horno de reducción para cumplir con la ecuación: 1,4x10-10 x T2 - 1,0x10-7 x T + 5,0x10-4 <=q PH2O/PH2 <=q 6,4x10-7 x T2 - 1,7x10-4 x T - 0,1, recocer con recristalización la lámina de acero en una región de temperatura de fase dual de 650 a 900ºC, durante 30 segundos a 10 minutos, en un horno de reducción para formar en el interior de la lámina de acero, dentro de 2 μm desde la interfase de la lámina de acero, óxidos de al menos un tipo de óxido seleccionado de un óxido de Al, un óxido de Si, un óxido de Mn, u óxidos complejos que comprenden al menos dos de Al, Si y Mn, teniendo los óxidos un diámetro medio de tamaño de partículas de 0,001 a 1 μm de los óxidos interiores que tienen 1x1011 piezas/cm2 o menos, enfriar la lámina de acero de 350 a 500ºC con una velocidad de enfriamiento de 2ºC/s a 200ºC/s, luego, mantener este intervalo de temperatura durante 5 segundos a 20 minutos, realizar una galvanización por inmersión en caliente en un baño de cinc fundido que contiene Al: 0,01 a 1% en masa, siendo el resto Zn, enfriar la lámina de acero recubierta por galvanización por debajo de 250ºC con una velocidad de enfriamiento de al menos 5ºC/s.
Description
Método para producir una lámina de acero
galvanizado de alta resistencia.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de producción de una lámina de acero recubierta con
cinc fundido de alta resistencia para ser utilizada como lámina de
acero para el automóvil y que usa como material una lámina de acero
de alta resistencia que contiene Si y Mn.
En la industria del automóvil se ha elevado la
demanda de láminas de acero provistas con ambas propiedades de
conformabilidad y alta resistencia, a fin de conseguir tanto un peso
más ligero del chasis, para afrontar los problemas
medioambientales, como seguridad en las colisiones.
Para afrontar estas necesidades, la patente
JP-A-5-59429
describe una lámina de acero, que utiliza la plasticidad inducida
por transformación, que presenta una alta ductilidad mediante la
transformación en martensita de la austenita residual en la
estructura de la lámina de acero, en el momento de la conformación.
Este tipo de lámina de acero, por ejemplo, forma una estructura
compleja mediante la adición en el acero de por ejemplo C en 0,05 a
0,4% en peso, Si en 0,2 a 3,0% en peso, y Mn en 0,1 a 2,5% en peso,
y controlar el patrón de temperatura en el procedimiento de
recocido en la región de dos fases, y luego enfriar, y se
caracteriza en que las propiedades deseadas se pueden conseguir sin
el uso de elementos aleantes caros.
Cuando esta lámina de acero se recubre con cinc
mediante un sistema continuo de recubrimiento con cinc fundido,
normalmente la superficie de la lámina de acero se desengrasa y se
limpia, luego, con el propósito de conformar la estructura antes
mencionada, la lámina se calienta en un horno inoxidante para formar
en la superficie de la lámina de acero una capa de óxido de hierro
de un espesor de 50 nm a 1 \mum aproximadamente, la lámina se
recuece en un horno de reducción para reducir la capa de óxido de
hierro, luego la lámina se sumerge en un baño de recubrimiento de
cinc fundido para recubrirla con cinc.
Sin embargo, la lámina de acero contiene grandes
cantidades de elementos fácilmente oxidantes, tales como el Si y el
Mn, comparada con la lámina de acero ordinaria laminada en frío con
embutición profunda, etc., luego existe el problema de que en la
superficie de la lámina de acero se forman fácilmente óxidos de Si,
óxidos de Mn, u óxidos complejos de Si y Mn, en el tratamiento
térmico realizado en la serie de etapas anterior. Sin embargo, en
los sistemas a escala industrial, en la etapa de calentamiento es
difícil reducir el oxígeno potencial de la atmósfera hasta el punto
en que el Si o el Mn no se oxiden, así es sustancialmente inevitable
la formación de óxidos de Si y Mn en la superficie de la lámina de
acero. Además, si en la superficie de la lámina de acero se forma
una capa de óxido de Si o una capa de óxido de Mn, existen los
problemas de que en el procedimiento de producción de la lámina de
acero recubierta con cinc fundido, la humectabilidad entre la
superficie de la lámina de acero y el recubrimiento fundido se
deteriora notablemente, así el recubrimiento no se depositará en
algunas partes y la superficie del acero quedará expuesta, es decir,
surgirá el fenómeno de "faltas de recubrimiento", y la
adherencia del recubrimiento se deteriorará. En particular, las
faltas
de recubrimiento son normalmente de un tamaño del orden de milímetros, por lo que se puede observar su presencia.
de recubrimiento son normalmente de un tamaño del orden de milímetros, por lo que se puede observar su presencia.
Para afrontar este problema, la patente
JP-A-55-122865
describe el método de formación de una capa de óxido de hierro de
40 a 1.000 nm en la superficie de una lámina de acero en una etapa
de tratamiento térmico mediante un horno inoxidante, en una etapa
continua de recubrimiento de cinc fundido, a fin de evitar la
difusión hacia fuera del Si o el Mn en la etapa de reducción,
suprimir la formación de la capa de óxido de Si, y mejorar las
propiedades del recubrimiento. Sin embargo, con este método, si el
tiempo de reducción es demasiado largo para el espesor de la capa
de óxido de hierro, el Si se volverá denso en la superficie de la
lámina de acero y se formará una capa de óxido de Si, mientras que
si el tiempo de reducción es demasiado corto, el óxido de hierro
permanecerá en la superficie de la lámina de acero y no se mejorará
la humectabilidad. Además, en sistemas continuos recientes de
recubrimiento con cinc fundido, los sistemas de recocido que usan
hornos de calentamiento del tipo radiante han llegado a ser los
principales, más bien que los hornos inoxidantes. En tales
sistemas, existía el problema de que el método anterior no se podría
usar.
La patente
JP-A-2-38549 propone
un método de pre-recubrimiento de la superficie de
la lámina de acero antes del recocido con el propósito de la
supresión de la difusión hacia fuera del Si o el Mn. Sin embargo,
con el método de pre-recubrimiento, se requiere un
sistema de recubrimiento, así esto no se puede emplear cuando no
hay espacio. Además, con láminas de acero que contienen una gran
cantidad de Si o Mn, existe el problema de que se requiere un
aumento de la cuantía del pre-recubrimiento y se
provoca un descenso de la productividad.
Además, la patente
JP-A-2000-309824
describe como método para evitar la oxidación selectiva del Si o el
Mn, en el momento del recocido, el método de laminar en caliente la
lámina de acero, luego tratarla térmicamente en el estado con la
cascarilla de óxido negra todavía sujeta en una atmósfera donde la
reducción no se produce sustancialmente y en un intervalo de
temperatura de 650 a 950ºC, a fin de formar en la capa base de la
superficie de hierro una capa interior de óxido suficiente. Sin
embargo, con este método, además de la etapa continua convencional
de recubrimiento de cinc fundido, se vuelve necesaria una etapa de
tratamiento térmico para formar la capa interior de óxido y una
etapa de tratamiento de decapado, así existía el problema de que se
inducía una elevación de los costes de producción.
La patente
EP-A-1.149.928 describe una lámina
de acero galvanizada por inmersión en caliente excelente en el
balance de la resistencia y la ductilidad y en adhesividad entre el
acero y la capa de recubrimiento.
La patente
US-A-2001/0031377 describe una
lámina de acero galvanizada por inmersión en caliente que tiene una
alta resistencia a la tracción, buena conformabilidad y buena
apariencia superficial, incluso aunque la lámina de acero base
contenga Si y Mn en una cantidad comparativamente grande y por lo
tanto sea propensa a padecer motas peladas.
La patente
US-A-2002/0160221 describe una
lámina de acero galvanizada por inmersión en caliente que tiene una
adherencia excelente con una capa de recubrimiento de cinc, alta
resistencia a la tracción y buena conformabilidad, incluso aunque
la lámina de acero contenga una gran cantidad de Si y Mn.
La patente
JP-A-10-204580
describe una lámina de acero laminada en caliente y galvanizada por
inmersión en caliente con una alta resistencia, en la que los
óxidos formados en los granos de contorno y/o en los granos de la
parte de la capa superficial de la lámina de acero se forman durante
el arrollamiento a una temperatura alta de 650ºC, y luego se enfría
a 50ºC/h.
A la vista de los problemas anteriores, la
presente invención tiene el objeto de proporcionar un método para
producir una lámina de acero recubierta con cinc fundido superior en
resistencia y conformabilidad, sin faltas de recubrimiento u otros
defectos de recubrimiento, y provista de un recubrimiento con buena
adherencia. Además, la presente invención tiene como otro objeto
proporcionar un método para producir esta lámina de acero recubierta
con cinc fundido con un coste bajo, sin modificación del sistema o
adición de etapas en un sistema convencional de producción continua
de recubrimiento con cinc fundido.
Para resolver los problemas anteriores, se
acometieron estudios intensos y como resultado recientemente se
descubrió que, en la etapa de recocido de recristalización antes del
recubrimiento con un metal fundido, mediante formar, en el interior
de la capa superficial de la lámina de acero, partículas de óxido de
al menos un tipo seleccionado de un óxido de Al, un óxido de Si, un
óxido de Mn, o un óxido complejo de Al, Si y Mn, solos o en
combinación, y suprimir la cuantía de producción de la capa de óxido
exterior producida en la superficie de la lámina de acero, se
mejora la humectabilidad o adherencia de la superficie de la lámina
de acero con el recubrimiento, y se posibilita la producción de una
lámina de acero recubierta con cinc fundido con una buena aptitud
para el recubrimiento y superior en resistencia y
conformabilidad.
Además, se ha descubierto que la anterior lámina
de acero recubierta con cinc fundido se puede obtener mediante
ajustar la relación PH_{2}O/PH_{2}, de la presión parcial del
vapor de agua y la presión parcial del hidrógeno de la atmósfera
del horno de reducción en la etapa de recocido de recristalización
en un sistema continuo de recubrimiento con cinc fundido, en
1,4x10^{-10}
T^{2} - 1,0x10^{-7} T + 5,0x10^{-4} \leq PH_{2}O/PH_{2}
\leq 6,4x10^{-7} T^{2} + 1,7x10^{-4} T -
0,1
con respecto a la temperatura de
calentamiento T (ºC), formar partículas de óxido en una región desde
la superficie de la lámina de acero hasta una profundidad de 2
\mum, y luego realizar el tratamiento de recubrimiento con cinc
fundido.
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo, mediante las características
especificadas en la reivindicación se pueden conseguir los objetos
anteriores.
La invención se describe en detalle con relación
a los dibujos, en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática de un
ejemplo del corte transversal de una lámina de acero recubierta con
cinc fundido de la presente invención.
La lámina de acero recubierta con cinc fundido
producida mediante la presente invención se caracteriza por estar
provista de una conformabilidad por compresión y una resistencia
superiores, y por ser superior en la adherencia del recubrimiento
sin defectos de recubrimiento tales como faltas de
recubrimiento.
Para comunicar esta propiedad característica, lo
primero es asegurar la ductilidad y la resistencia de la lámina de
acero misma, los ingredientes de la lámina de acero están formados,
en % en peso, por C: 0,05 a 0,40%, Si: 0,2 a 3,0%, Mn: 0,1 a 2,5%,
y el resto Fe e impurezas inevitables.
Las razones para la adición de los elementos
aditivos al material base de la lámina de acero, de la lámina de
acero recubierta con cinc fundido a producir mediante la presente
invención, se explicarán más adelante.
El C es un elemento añadido para estabilizar la
fase austenita de la lámina de acero. Si la cuantía de la adición
es menos que 0,05%, no se puede esperar su efecto. Además, si está
por encima de 0,40%, la soldabilidad se degrada y hay otros efectos
perjudiciales en el uso real de la lámina de acero recubierta con
cinc fundido producida mediante la presente invención; así la
cuantía de la adición de C es 0,05 a 0,4%.
El Si es un elemento añadido para posibilitar la
presencia estable de una fase austenita incluso a temperatura
ambiente, debido a la acción de aumentar la concentración de C en la
fase austenita, Además, el Si tiene la acción de formar un óxido
interior y que se dispersa finamente dentro de la capa superficial
de la lámina de acero, en la etapa de recocido de recristalización,
para mejorar la humectabilidad de la interfase de la lámina de
acero en el momento del recubrimiento con cinc fundido y mejorar la
adherencia de la capa de recubrimiento en el producto final. Si la
cantidad añadida es menos que 0,2%, no se puede esperar su efecto,
mientras que si está por encima de 3,0%, la película interior de
óxido se forma densamente induciendo al pelado del recubrimiento;
así la cantidad añadida es 0,2 a 3,0%.
El Mn se añade para impedir que la fase
austenita se transforme en perlita en la etapa de tratamiento
térmico. Además, el Mn, de la misma manera que el Si, tiene la
acción de formar un óxido interior y dispersarse finamente en el
interior de la capa superficial de la lámina de acero, en la etapa
de recocido de recristalización, para mejorar la humectabilidad de
la interfase de la lámina de acero en el momento del recubrimiento
con cinc fundido y mejorar la adherencia de la capa de
recubrimiento en el producto final. Si la cantidad añadida es menos
que 0,1%, estos efectos no son existentes, mientras que si está por
encima de 2,5%, las partes soldadas se quiebran y hay otros efectos
perjudiciales en el uso real de la lámina de acero recubierta con
cinc fundido producida mediante la presente invención; así la
concentración del Mn añadido es 0,1 a 2,5%.
El material base de la lámina de acero
básicamente contiene los elementos anteriores, pero los elementos
añadidos no se limitan solamente a estos elementos. También es
posible añadir elementos que ya se conoce que tienen una acción
para mejorar las propiedades de la lámina de acero.
El P se añade de acuerdo con el nivel de
resistencia requerido como elemento que eleva la resistencia de la
lámina de acero. Si la cantidad añadida es grande, se segregará en
los granos de contorno y provocará que la ductilidad local se
deteriore, así el límite superior es 0,05%. El límite inferior es
0,001% porque una reducción por encima de esto conduciría a un
aumento del coste en el momento del afino en la etapa de fabricación
del acero.
El S es un elemento que provoca el deterioro de
la ductilidad y la soldabilidad locales mediante la producción de
MnS, y es un elemento que preferiblemente está presente en el acero;
así el límite superior es 0,05%. El límite inferior es 0,001%
debido al aumento del coste en el momento del afino en la etapa de
fabricación del acero, de la misma manera que el P.
El Al es un elemento eficaz para mejorar la
conformabilidad por prensado de la lámina de acero. Además, el Al
tiene la acción de formar un óxido interior y dispersarse finamente
en el interior de la capa superficial de la lámina de acero en la
etapa de recocido de recristalización, de la misma manera que los
anteriores Si y Mn, para mejorar la humectabilidad de la interfase
de la lámina de acero en el momento del recubrimiento con cinc
fundido y mejorar la adherencia de la capa de recubrimiento en el
producto final. Por lo tanto, el Al es preferible al menos 0,01%,
pero una adición excesiva de Al inducirá la degradación de las
propiedades del recubrimiento y un aumento de las inclusiones; así
la cantidad añadida de Al preferiblemente no es más que 2%.
Además, por ejemplo, también es posible añadir
entre B, Ti, V, Cr y Nb que tienen el efecto de mejora del
templado; B en una cantidad de 0,0005% a menos que 0,01%, Ti de
0,01% a menos que 0,1%, V de 0,01 a menos que 0,3%, Cr de 0,01 a
menos que 1%, y Nb de 0,01 a menos que 0,1%. Estos elementos se
añaden con la expectativa de mejorar la templabilidad de la lámina
de acero, así si las concentraciones añadidas son menos que las
anteriores, no se puede esperar un efecto de mejora de la
templabilidad. Además, es posible la inclusión en una cantidad por
encima del límite superior de las concentraciones anteriores, pero
el efecto se vuelve saturado y ya no se puede esperar un efecto de
mejora de la templabilidad acorde con el coste.
Además, por ejemplo, también es posible añadir
Ni, Cu, Co, Mo y otros elementos que tienen un efecto de mejora de
la resistencia, en cantidades de 0,01% a menos que 2,0%. Estos
elementos se añaden con la expectativa del efecto de mejora de la
resistencia. Si la concentración es menos que la prescrita, no se
puede esperar un efecto de mejora de la resistencia. Por otra
parte, un contenido excesivo de Ni, Cu, Co, o Mo conduce a una
resistencia excesiva o a una elevación de los costes de aleación.
Además, la lámina también puede contener P, S, N, y otros elementos
generalmente inevitables.
La lámina de acero recubierta con cinc producida
mediante la presente invención preferiblemente se fabrica en una
estructura de lámina de acero que incluye al menos 2% en volumen de
una fase austenita en la fase ferrita, para comunicar una
procesabilidad y resistencia superiores debido a la transformación
inducida por el tratamiento a temperatura ambiente. Si el % en
volumen de la fase austenita supera 20%, si se conforma sumamente
severamente, hay una posibilidad más alta de existencia de una gran
cantidad de martensita en el estado conformado por prensado. Esto
provoca a veces problemas en el tratamiento secundario o en las
propiedades frente al impacto. Por lo tanto, preferiblemente el %
en volumen de austenita es no más que 20%. Además, como otra
estructura, también es posible contener bainita dura en un % en
volumen de no más que 10%. La transformación de bainita
efectivamente concentra el carbono en la austenita de la
microestructura y estabiliza la austenita, pero si es por encima de
10% en volumen, la cantidad necesaria de bainita ya no se puede
asegurar.
El % en volumen de la microestructura se puede
encontrar mediante observación de la microestructura mediante un
microscopio óptico o un microscopio electrónico de barrido (SEM)
para ferrita, mientras que el % en volumen de austenita se puede
encontrar mediante la evaluación de las resistencias integradas de
los picos de difracción correspondientes a la ferrita y la
austenita mediante una difracción de rayos X que usa un tubo de Mo.
Además, la bainita se puede encontrar a partir de los valores del %
en volumen de la ferrita y la austenita.
La composición de la capa de recubrimiento de la
lámina de acero recubierta con cinc fundido producida mediante la
presente invención es, en % en peso, Al de 0,01 a 1% y el resto Zn e
impurezas inevitables.
La razón es que con la recubrimiento normal de
cinc fundido con menos que 0,01% de Al, en el momento del
recubrimiento se produce una reacción de aleación de
Zn-Fe, se forma una capa de aleación quebradiza en
la interfase del recubrimiento/lámina de acero, y la adherencia del
recubrimiento se deteriora. Si está por encima de 1%, el
crecimiento de la capa de aleación Fe-Al se vuelve
notable y se inhibe la adherencia del recubrimiento. Además, el
peso base del recubrimiento no está particularmente limitado, pero
preferiblemente es al menos 10 g/m^{2}, desde el punto de vista
de la resistencia a la corrosión, y no más que 150 g/m^{2}, desde
el punto de vista de la procesabilidad.
A continuación se explica la estructura de la
lámina de acero recubierta con cinc fundido producida mediante la
presente invención.
La Figura 1 es una vista esquemática de la
sección transversal de una lámina de acero recubierta con cinc
fundido de un ejemplo producido mediante la presente invención. La
lámina de acero recubierta con cinc fundido producida mediante la
presente invención se caracteriza por contener en el interior de la
lámina de acero dentro de 2 \mum, desde la interfase de la capa
de recubrimiento y la lámina de acero, partículas de óxido
comprendidas por al menos un tipo de óxido de óxido de Al, óxido de
Si, óxido de Mn, o un óxido complejo que comprende al menos dos de
Al, Si y Mn, solos o en combinación. En la lámina de acero
recubierta con cinc fundido producida mediante la presente
invención, en el método anterior, los óxidos, que han sido la causa
de la inhibición de la adherencia de la capa de recubrimiento
debido a su formación en la superficie de la lámina de acero, se
forman finamente dispersados en el interior de la lámina de acero
dentro de 2 \mum desde la interfase de la lámina de acero; así se
mejora la humectabilidad de la superficie de la lámina de acero en
el momento del recubrimiento con cinc fundido, y la capa de
recubrimiento y la capa de acero reaccionan directamente, con lo
que se mejora la adherencia de la capa de recubrimiento en el
producto final.
Es de observar que las partículas de óxido son
de óxido de silicio, óxido de manganeso, silicato de manganeso,
óxido de aluminio, silicato de aluminio, óxido de manganeso y
aluminio, y silicato de manganeso y aluminio.
El tamaño de las partículas de óxido presentes
en el interior de la lámina de acero cerca de la interfase de la
capa de recubrimiento/lámina de acero no es más que 1 \mum. La
razón es que si el diámetro medio de las partículas de óxido es más
que 1 \mum, en el momento del tratamiento de la lámina de acero
recubierta con cinc fundido, las partículas de óxido se vuelven
fácilmente puntos de arranque de fractura y la resistencia a la
corrosión de las partes tratadas se degrada, es decir, cuando se
pone en uso práctico la lámina de acero recubierta con cinc fundido
se producen fácilmente efectos perjudiciales.
Es de observar que el "diámetro medio" de
las partículas de óxido referidas en la presente invención indica
el diámetro circular equivalente medio de las partículas de óxido
detectadas mediante observación de la sección transversal de la
lámina de acero. La forma de las partículas de óxido puede ser
esférica, como una placa, o cónica.
Como método de medida del diámetro medio de las
partículas de óxido, se puede mencionar el método de pulimentación
de la sección transversal de la lámina de acero recubierta con cinc
fundido, o usar un sistema de tratamiento de haz iónico focalizado
para tratar finamente la lámina, para exponer la sección transversal
y de ese modo preparar una muestra, luego analizarla mediante
observación mediante un microscopio electrónico de barrido,
análisis del plano mediante microanálisis de rayos X, o análisis del
plano mediante espectroscopía electrónica Auger. Además, es posible
tratar la sección transversal de la lámina de acero en una pieza
delgada a fin de incluir la capa de recubrimiento, luego observar
esto mediante un microscopio electrónico del tipo de transmisión.
En la presente invención, se analizan los datos de la imagen
obtenida por estos métodos de análisis para calcular el diámetro
circular equivalente de las partículas de óxido. El valor medio no
debe ser más que 1 \mum. En la región observada también se puede
incluir las partículas de más que 1 \mum.
Además, el contenido de partículas de óxido en
la lámina de acero no está particularmente limitado, pero la
densidad de partículas contenidas en la lámina de acero no es más
que 1x10^{11} partículas/cm^{2}. Un exceso de partículas de
óxido por encima de 1x10^{11} partículas/cm^{2} se vuelve una
causa de pelado de la capa de recubrimiento.
A continuación, se explica el procedimiento de
producción de la lámina de acero recubierta con cinc fundido de la
presente invención.
En la presente invención, se usa un sistema
continuo de recubrimiento con cinc fundido que se usa para recubrir
con cinc fundido la lámina de acero de alta resistencia
anterior.
En el procedimiento de producción de una lámina
de acero recubierta con cinc fundido de la presente invención, el
patrón de calentamiento se fija de modo que la lámina de acero se
vuelva la estructura antes deseada en la etapa de recocido de
recristalización del sistema continuo de recubrimiento con cinc
fundido. Es decir, se usa un horno de reducción para recocer la
lámina de acero en una región en que coexisten dos fases de 650 a
900ºC durante 30 segundos a 10 minutos.
\newpage
La atmósfera del horno de reducción se forma con
un gas nitrógeno que incluye gas hidrógeno en un intervalo de 1 a
70% en peso. En el horno se introduce vapor de agua para ajustar la
relación (PH_{2}O/PH_{2}) de la presión parcial del vapor de
agua y la presión parcial del hidrógeno de la atmósfera. En la
presente invención, se ajusta la relación PH_{2}O/PH_{2} de la
presión parcial del vapor de agua y la presión parcial del
hidrógeno de la atmósfera del horno de reducción en:
1,4x10^{-10}
T^{2} - 1,0x10^{-7} T + 5,0x10^{-4} \leq PH_{2}O/PH_{2}
\leq 6,4x10^{-7} T^{2} + 1,7x10^{-4} T -
0,1
con respecto a la temperatura de
calentamiento T (ºC) en la etapa de recocido de
recristalización.
\vskip1.000000\baselineskip
La razón para limitar al intervalo anterior la
relación PH_{2}O/PH_{2} de la presión parcial del vapor de agua
y la presión parcial del hidrógeno de la atmósfera del horno de
reducción es la siguiente. A saber, en la presente invención, ya
que la lámina de acero contiene Si en una cantidad de al menos 0,2%
en peso y Mn en al menos 0,1% en peso, si PH_{2}O/PH_{2} es
menos que 1,4x10^{-10} T^{2} - 1,0x10^{-7} T + 5,0x10^{-4},
en la superficie de la lámina de acero se forma una película
exterior de óxido y se produce una adherencia pobre del
recubrimiento. Además, en la presente invención, el Si añadido a la
lámina de acero no es más que 3,0% en peso y el Mn no es más que
2,5% en peso, así si PH_{2}O/PH_{2} supera 6,4x10^{-7}
T^{2} + 1,7x10^{-4} T - 0,1, se forma fayalita y otros óxidos de
Fe y se producen faltas de recubrimiento. Recociendo mediante el
método anterior es posible formar, en una región desde la superficie
de la lámina de acero hasta una profundidad de 2 \mum, una
estructura que tiene al menos un tipo de partículas de óxido
seleccionado de óxido de Al, óxido de Si, óxido de Mn, o un óxido
complejo comprendido por al menos dos de Al, Si y Mn, solos o en
combinación.
A continuación, en la etapa de recubrimiento se
enfría la lámina de acero, con una velocidad de enfriamiento de 2 a
200ºC por segundo, en un intervalo de temperatura de 350 a 500ºC; se
mantiene allí durante 5 segundos a 20 minutos; luego se recubre
sumergiéndola en un baño de recubrimiento de cinc fundido
comprendido por, en % en peso, Al en una cantidad de 0,01 a 1%
siendo el resto Zn e impurezas inevitables. La temperatura y el
tiempo de inmersión en el baño de recubrimiento no están
particularmente limitados en este momento. Además, el ejemplo de
los patrones de calentamiento y enfriamiento de la etapa de
recubrimiento no limita la presente invención.
Además, cuando se forma la estructura de la capa
de recubrimiento del caso presente, a veces parte de los óxidos del
interior de la capa superficial de la lámina de acero migran a la
capa de recubrimiento, pero esto es admisible en tanto que una
cantidad muy pequeña no afecta al efecto del caso presente.
Después del recubrimiento con cinc fundido, la
placa de acero se enfría por debajo de 250ºC, con una velocidad de
enfriamiento de al menos 5ºC/s. Debido a esto, se obtiene una
estructura de lámina de acero donde se ha suprimido la
descomposición de la fase austenita y que incluye la deseada fase
austenita.
Seguidamente, la presente invención se explica
con detalle mediante unos ejemplos, pero la presente invención no
se limita a estos ejemplos.
Las láminas de acero de ensayo mostradas en la
Tabla 1 se trataron para recocido de recristalización y se
recubrieron mediante un sistema continuo de recubrimiento con cinc
fundido de acuerdo con las condiciones mostradas en la Tabla 2. El
baño de recubrimiento de cinc fundido se ajustó a una temperatura de
460ºC y una composición de Al de 0,1% en peso y el resto Zn e
impurezas inevitables. La atmósfera del horno de reducción se
ajustó en una relación de la presión parcial del vapor de agua y la
presión parcial del hidrógeno (PH_{2}O/PH_{2}), introduciendo
vapor de agua en gas N_{2} al que se añadió gas H_{2} en una
cantidad de 10% en peso para ajustar la cantidad introducida de
vapor de agua. La temperatura de recocido y PH_{2}O/PH_{2} se
fijaron en los valores mostrados en la Tabla 2, cada una de la
láminas de acero mostradas en la Tabla 1 se recoció con
recristalización, luego se sumergió en un baño de recubrimiento. La
cantidad de recubrimiento se ajustó en 60 g/m^{2} mediante
barrido con gas nitrógeno.
\vskip1.000000\baselineskip
Se evaluó la resistencia de las láminas de acero
mediante JIS Z 2201. Se juzgó que aprobaba una resistencia a la
tracción de 490 MPa o más. Se evaluó la elongación de las láminas de
acero obteniendo una pieza de ensayo a la tracción Nº 5 de JIS y
realizando un ensayo a la tracción a temperatura ordinaria con un
espesor de galga de 50 mm y una
velocidad de tracción de 10 mm/min. Se juzgó que aprobaba una lámina que presentaba una elongación de 30% o más.
velocidad de tracción de 10 mm/min. Se juzgó que aprobaba una lámina que presentaba una elongación de 30% o más.
Las partículas de óxido del interior de la
lámina de acero, dentro de 2 \mum desde la interfase de la capa
de recubrimiento y la lámina de acero, se evaluaron mediante
pulimentación de la sección transversal de la lámina de acero
recubierta para exponerla y observarla y capturar una imagen de las
partículas de óxido mediante un SEM. Se digitalizó la imagen
capturada mediante el SEM y las partes con una luminancia
correspondiente a los óxidos se extrajeron mediante un análisis de
imagen para preparar una imagen digital. La imagen digital
preparada se limpió de ruido, luego se midieron los diámetros
circulares equivalentes de las partículas y se encontró el valor
medio de los diámetros circulares equivalentes para las partículas
como un todo detectadas en el campo observado.
Se evaluaron las faltas de recubrimiento,
observando visualmente la apariencia de la lámina de acero después
del recubrimiento con cinc, y se consideró que aprobaba la lámina de
acero en que no se pudo reconocer la presencia de faltas de
recubrimiento. Además, se evaluó la adherencia del recubrimiento
investigando el pulverizado. Específicamente, esto se hizo mediante
doblar una lámina de acero 180 grados, adherir una cinta de celofán
en la parte doblada, pelarla, y medir la anchura del pelado de la
capa de recubrimiento pegada a la cinta; y se consideró que
aprobaban las láminas de acero con una anchura del pelado por encima
de 3 mm.
La Tabla 3 muestra los resultados de la
evaluación. A partir de la Tabla 3, los materiales de ensayo
sometidos a recubrimiento con cinc fundido que aprobaron en
resistencia, elongación, adherencia del recubrimiento, y
apariencia, fueron todos ellos ejemplos de la presente invención.
Los ejemplos comparativos aprobaron en resistencia y en elongación,
pero suspendieron en adherencia de pelado, o aprobaron en
resistencia y adherencia de pelado, pero suspendieron en
elongación.
La lámina de acero recubierta con cinc fundido
producida mediante la presente invención es una lámina de acero en
que los óxidos que contienen Si y Mn, que inhiben la aptitud para el
recubrimiento, se han formado dentro de la lámina de acero, la cual
es superior en adherencia del recubrimiento y está provista con
resistencia y moldeabilidad. Según el procedimiento de producción
de la presente invención, es posible producir esto con un coste
bajo cambiando solamente las condiciones de operación de un sistema
existente de producción continua de recubrimiento con cinc.
Claims (1)
1. Un procedimiento de producción de una lámina
de acero recubierta con cinc fundido de alta resistencia,
caracterizado porque comprende las etapas de:
preparar una lámina de acero que contiene, en %
en masa, C: 0,05 a 0,40%, Si: 0,2 a 3,0%, Mn: 0,1 a 2,5%, y que
opcionalmente contiene uno o más de P: 0,001 a 0,05%, S: 0,001 a
0,05%, Al: 0,01 a 2%, B: 0,0005 a menos que 0,01%, Ti: 0,01 a menos
que 0,1%, V: 0,01 a menos que 0,3%, Cr: 0,01 a menos que 1%, Nb:
0,01 a menos que 0,1%, Ni: 0,01 a menos que 2,0%, Cu: 0,01 a menos
que 2,0%, Co: 0,01 a menos que 2,0%, Mo: 0,01 a menos que 2,0%,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y que tiene una relación
en volumen de la fase austenita en la fase ferrita de más que 2% y
menos que 20%,
ajustar una temperatura T en una etapa de
recocido de recristalización en un horno de reducción, que tiene
una atmósfera de nitrógeno que incluye gas hidrógeno en un intervalo
de 1 a 70%, equipado en un horno continuo de galvanización por
inmersión en caliente en el intervalo de 650 a 900ºC, y ajustar la
atmósfera del horno de reducción mediante la introducción de vapor
de agua para tener una relación PH_{2}O/PH_{2} de la presión
parcial del vapor de agua PH_{2}O y la presión parcial del
hidrógeno PH_{2} de la atmósfera de dicho horno de reducción para
cumplir con la ecuación:
1,4x10^{-10}
x T^{2} - 1,0x10^{-7} x T + 5,0x10^{-4} \leq
PH_{2}O/PH_{2} \leq 6,4x10^{-7} x T^{2} - 1,7x10^{-4} x
T -
0,1,
recocer con recristalización la
lámina de acero en una región de temperatura de fase dual de 650 a
900ºC, durante 30 segundos a 10 minutos, en un horno de reducción
para formar en el interior de la lámina de acero, dentro de 2
\mum desde la interfase de la lámina de acero, óxidos de al menos
un tipo de óxido seleccionado de un óxido de Al, un óxido de Si, un
óxido de Mn, u óxidos complejos que comprenden al menos dos de Al,
Si y Mn, teniendo los óxidos un diámetro medio de tamaño de
partículas de 0,001 a 1 \mum de los óxidos interiores que tienen
1x10^{11} piezas/cm^{2} o
menos,
enfriar la lámina de acero de 350 a 500ºC con
una velocidad de enfriamiento de 2ºC/s a 200ºC/s,
luego, mantener este intervalo de temperatura
durante 5 segundos a 20 minutos,
realizar una galvanización por inmersión en
caliente en un baño de cinc fundido que contiene Al: 0,01 a 1% en
masa, siendo el resto Zn,
enfriar la lámina de acero recubierta por
galvanización por debajo de 250ºC con una velocidad de enfriamiento
de al menos 5ºC/s.
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