ES2613886T3 - Chapa de acero para el uso como acero para envases así como procedimiento para la fabricación de un acero para envases - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un acero para envases a partir de una chapa de acero laminada en frío a partir de un acero no aleado o de baja aleación con un contenido de carbono de menos del 0,1 % en peso y con los siguientes límites superiores para la parte en peso de los constituyentes de la aleación: - N: máx. 0,02 %, - Mn: máx. 0,4 %, - Si: máx. 0,04 %, - Al: máx. 0,1 %, - Cr: máx. 0,1 %, - P: máx. 0,03 %, - Cu: máx. 0,1 %, - Ni: máx. 0,1 %, - Sn: máx. 0,04 %, - Mo: máx. 0,04 %, - V: máx. 0,04 %, - Ti: máx. 0,05 %, - Nb: máx. 0,05 %, - B: máx. 0,005 %, - otros constituyentes de la aleación, incluyendo impurezas: máx. 0,05 %, - resto hierro, caracterizado por que la chapa de acero en primer lugar se recuece con recristalización mediante inducción electromagnética a una velocidad de calentamiento de más de 75 K/s a temperaturas por encima de la temperatura Ac1 del acero y después del recocido por inducción de recristalización se enfría con una velocidad de enfriamiento de al menos 100 K/s, por lo que se configura una estructura multifásica que comprende ferrita y al menos uno de los constituyentes de la estructura martensita, bainita y/o austenita residual.

Description

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DESCRIPCION

Chapa de acero para el uso como acero para envases as^ como procedimiento para la fabricacion de un acero para envases

La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de un acero para envases a partir de una chapa de acero laminada en frio de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 asi como a una chapa de acero fabricada con el procedimiento para el uso como acero para envases.

Se plantean exigencias cada vez mayores a las propiedades de materiales metalicos para la fabricacion de envases, en particular en relacion con su capacidad de conformacion y su tenacidad. Es cierto que a partir de la construccion automovihstica se conocen los denominados aceros de doble fase que presentan una estructura multifasica que esta compuesta esencialmente de martensita y ferrita o bainita y que disponen, por un lado, de una elevada resistencia a la traccion y, por otro lado, tambien de un elevado alargamiento a la rotura. Un acero de doble fase de este tipo con un limite de fluencia de al menos 580 MPa y un alargamiento a la rotura A8o de al menos el 10 % se conoce, por ejemplo, por el documento WO 2009/021898 Al. A causa de la combinacion de las propiedades de materiales de tales aceros de doble fase con una alta tenacidad y una buena capacidad de conformacion, estos aceros de doble fase son particularmente adecuados para la fabricacion de piezas constructivas de formas complejas y altamente solicitables, tales como se necesitan, por ejemplo, en el ambito de la construccion de carrocerias para automoviles.

Por norma general, la aleacion de los aceros de doble fase conocidos se compone de una proporcion de martensita del 20 % al 70 % y una posible proporcion de austenita residual asi como ferrita y/o bainita. La buena capacidad de conformacion de aceros de doble fase se garantiza mediante una fase de ferrita relativamente blanda y la elevada tenacidad se genera gracias a las fases de martensita y bainita duras incluidas en una matriz de ferrita. Se pueden controlar las propiedades deseadas en relacion con la capacidad de conformacion y tenacidad en aceros de doble fase gracias a la composicion de la aleacion en amplios limites. Asi, por ejemplo, mediante la adicion de silicio se puede aumentar la tenacidad mediante temple de la ferrita o bainita. Gracias a la adicion de manganeso se pueden influir positivamente en la formacion de martensita y se puede evitar la generacion de perlita. Tambien la aleacion de aluminio, titanio y boro puede aumentar la tenacidad. La aleacion de aluminio se aprovecha ademas para desoxidar y captar ox^geno, dado el caso, contenido en el acero. Para la configuracion de la estructura multifasica de la aleacion, los aceros de doble fase se someten a un tratamiento termico de recristalizacion (o de austenitizacion), en el que la cinta de acero se calienta a tales temperaturas y a continuacion se enfria de tal manera que se ajusta la estructura de aleacion multifasica deseada con una configuracion de estructura esencialmente ferritica-martensitica. Habitualmente, las cintas de acero laminadas en frio por motivos economicos se recuecen en un procedimiento de recocido continuo en el horno de recocido, ajustandose los parametros del horno de recocido tales como, por ejemplo, velocidad de paso, temperatura de recocido y velocidad de enfriamiento de forma correspondiente a la estructura requerida y las propiedades de material deseadas.

Por el documento DE 10 2006 054 300 Al se conoce un acero de doble fase de mayor resistencia asi como un procedimiento para su fabricacion, sometiendose en el procedimiento de fabricacion una cinta de acero laminada en frio o en caliente a un recocido continuo de recristalizacion en un horno de recocido continuo en un intervalo de temperatura de 820 0C a 1000 0C y enfriandose la cinta de acero recocida a continuacion desde esta temperatura de recocido con una velocidad de enfriamiento de entre 15 y 30 oc por segundo.

Por norma general, los aceros de doble fase conocidos a partir de la construccion automovilistica no son adecuados para el uso como acero para envases, ya que los mismos en particular a causa de las elevadas proporciones de elementos de aleacion tales como manganeso, silicio, cromo y aluminio son muy caros y debido a que, por ejemplo, para el uso de acero para envases en el ambito alimentario no se pueden usar algunos de los elementos de aleacion conocidos debido a que se ha de descartar una contaminacion de los elementos debido a difusion de los constituyentes de la aleacion al producto de llenado. Ademas, muchos de los aceros de doble fase conocidos tienen una tenacidad tan alta que no se pueden laminar en frio con las instalaciones usadas habitualmente para la fabricacion de acero para envases.

Por el documento DE 1483247-A se conocen chapas de acero de alta resistencia para la fabricacion de hojalata con fines de envasado que estan fabricados a partir de un acero no aleado con un bajo contenido de carbono y que presentan una microestructura duplex que esta compuesta esencialmente de ferrita y martensita. Para la fabricacion de estas chapas de acero, un acero al carbono puro o un acero no aleado con un bajo contenido de carbono en forma de una chapa delgada se enfria bruscamente de forma muy rapida de una temperatura intermedia entre el punto Ai inferior y el punto A3 superior con una velocidad que se encuentra por encima de la velocidad de enfriamiento critica, de tal manera que toda la austenita se transforma en martensita y por ello se genera una estructura duplex. A este respecto, las chapas de acero presentan resistencias a la traccion de 620 a 896 MPa y alargamientos a la rotura del 2,5 al 13 %.

Partiendo de esto, la invencion se basa en el objetivo de facilitar un acero de mayor resistencia con una buena capacidad de conformacion para el uso como acero para envases que se pueda fabricar en la medida de lo posible de forma economica. Ademas, la invencion debe indicar un procedimiento para la fabricacion de un acero para

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envases que se pueda fabricar eeonomieamente con elevada tenacidad y gran alargamiento a la rotura,

Estos objetivos se consiguen con una chapa de acero con las caracteristicas de la reivindicacion 1 asi como con un procedimiento con las earaeteristieas de la reivindicacion 2, Estan indicados ejemplos de realizaeion preferentes de la chapa de acero y del procedimiento para su preparaeion en las reivindicaciones dependientes,

La chapa de acero de acuerdo con la invencion para el uso como acero para envases se fabrica a partir de un acero de baja aleacion y laminado en frio con un contenido de carbono de menos del 0,1 %. Cuando en lo sucesivo se habla de chapa de acero, se entiende por ello tambien una cinta de acero. La chapa de acero de acuerdo con la invencion se caracteriza, aparte de por el reducido contenido de carbono y las bajas concentraciones de los demas constituyentes de la aleacion, por una estructura multifasica que comprende ferrita y al menos uno de los constituyentes de la estructura martensita o bainita. En el caso del acero a partir del cual se fabrica la chapa de acero de acuerdo con la invencion se puede tratar de un acero no aleado o de baja aleacion laminado en frio. Se denominan de baja aleacion los aceros en los que ningun elemento de la aleacion supera un contenido medio del 5 % en peso. El acero usado para la fabricacion de la chapa de acero de acuerdo con la invencion presenta, en particular, menos del 0,5 % en peso y preferentemente menos del 0,4 % en peso de manganeso, menos del 0,04 % en peso de silicio, menos del 0,1 % en peso de aluminio y menos del 0,1 % en peso de cromo. El acero puede contener adiciones de aleacion de boro y/o niobio y/o titanio para aumentar la resistencia, eneontrandose la aleacion de boro de forma apropiada en el intervalo del 0,o01-0,005 % en peso y la aleacion de niobio o titanio en el intervalo del 0,005-0,05 % en peso. A este respecto, no obstante, se prefieren partes en peso para Nb <0,03 %.

Para la configuracion de la estructura de aleacion multifasica, en el acero para la fabricacion de la chapa de acero de acuerdo con la invencion para el uso como acero para envases en primer lugar se recuece con recristalizacion mediante induccion electromagnetica con una velocidad de calentamiento de mas de 75 K/s y despues del recocido por induccion con recristalizacion se enfria con una velocidad de enfriamiento de al menos 100 K/s. Gracias al tratamiento termieo de recristalizacion (con Tmax > Ac1, ya que se requiere una austenitizacion) y posterior enfriamiento rapido se configura la estructura multifasica que comprende ferrita y al menos uno de los constituyentes de la estructura martensita, bainita y/o austenita residual. La chapa de acero tratada de este modo presenta una resistencia a la traeeion de al menos 500 MPa y un alargamiento a la rotura de mas del 6 %.

Ha resultado un parametro particularmente importante para la fabricacion del acero para envases de acuerdo con la invencion el recocido de recristalizacion (o de austenitizacion) de la chapa de acero mediante induccion electromagnetica. Se ha constatado sorprendentemente que se puede prescindir de la aleacion de constituyentes de la aleacion que estan contenidos normalmente en aceros de doble fase, tales como, por ejemplo, la aleacion de manganeso (que tiene normalmente una parte en peso del 0,8-2,0 % en los aceros de doble fase conocidos), de silicio (que tiene normalmente una parte en peso del 0,1-0,5 % en aceros de doble fase conocidos) y de aluminio (que se alea en los aceros de doble fase conocidos con una parte en peso de hasta el 0,2 %) cuando se recuece una chapa de acero laminada en frio con un contenido de carbono de menos del 0,1 % en peso en primer lugar con una velocidad de calentamiento de mas de 75 K/s mediante induccion electromagnetica con recristalizacion (o con austenitizacion) y cuando se enfria a continuacion bruscamente con una elevada velocidad de enfriamiento de al menos 100 K/s.

La influencia observada sorprendentemente del calentamiento inductivo en la configuracion y la disposieion de la fase de martensita en la cinta de acero recocida con induccion se podria explicar del siguiente modo: las sustancias ferromagnetieas no estan imantadas en caso de ausencia de un campo magnetico externo. Sin embargo, en el interior de estas sustancias existen zonas (zonas de Weiss), que estan imantadas hasta la saturacion incluso en ausencia de campos magnetieos externos. Las zonas de Weiss estan separadas por paredes de Bloch. Mediante aplieaeion de un campo magnetico externo, en primer lugar las zonas de Weiss orientadas de forma favorable, es decir, energetieamente preferentes, crecen a costa de las areas adyacentes. A este respecto se desplazan las paredes de Bloch. La inversion del espin de los electrones, a este respecto, no se produce simultaneamente, sino que los espins cambian su sentido en primer lugar en los limites de las zonas de Weiss. Con un aumento adicional del campo se gira el sentido de la magnetization en el del campo hasta que coincida en todas las zonas con la del campo magnetico externo y se consiga la saturacion. Ademas, se sabe que un campo magnetico puede influir en el movimiento de dislocaciones sin tensiones meeanieas externas aplicadas. Ahora resulta plausible que las paredes de Bloch con su desplazamiento arrastren atomos de carbono y/o dislocaciones. Por ello se acumulan carbono y/o dislocaciones en determinadas zonas en las que a continuacion despues del recocido y enfriamiento brusco se forma martensita.

De forma apropiada, en el caso de la chapa de acero de acuerdo con la invencion para el uso como chapa para envase se trata de acero fino o extrafino que se ha laminado hasta su espesor final en el procedimiento de lamination en frio. A este respecto, por chapa fina se entiende una chapa con un espesor de menos de 3 mm y una chapa extrafina presenta un espesor de menos de 0,5 mm. Despues del recocido con recristalizacion y el enfriamiento, la chapa de acero para aumentar la resistencia a la corrosion se puede dotar de un revestimiento superficial metalieo, por ejemplo, de estano, cromo, aluminio, cine o cinc/niquel. Para esto son razonables, por ejemplo, los proeedimientos de revestimiento electroliticos conocidos.

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A continuacion se explica con mas detalle la invencion medlante un ejemplo de realizacion:

para la obtener ejemplos de realizacion de la chapa de acero de acuerdo con la invencion para el uso como acero para envases se usaron cintas de acero fabricadas en colada continua y laminadas en caliente asi como enrolladas sobre bobinas de aceros con la siguiente composicion:

- C: max. 0,1 %;

- N: max. 0,02 %;

- Mn: max. 0,5 %, preferentemente menos del 0,4 %;

- Si: max. 0,04 %, preferentemente menos del 0,02 %;

- Al: max. 0,1 %, preferentemente menos del 0,05 %;

- Cr: max. 0,1 %, preferentemente menos del 0,05 %;

- P: max. 0,03 %;

- Cu: max. 0,1 %;

- Ni: max. 0,1 %;

- Sn: max. 0,04 %;

- Mo: max. 0,04 %;

- V: max. 0,04 %;

- Ti: max. 0,05 %, preferentemente menos del 0,02 %;

- Nb: max. 0,05 %, preferentemente menos del 0,02 %;

- B: max. 0,005 %

- y otros constituyentes de aleacion as^ como impurezas: max. 0,05 %,

- resto hierro.

Esta chapa de acero en primer lugar se lamino en frio con una reduccion de espesor del 50 % al 96 % hasta un espesor final en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm y a continuacion se recocio con recristalizacion mediante calentamiento por induccion en un horno de induccion. Para esto se uso, por ejemplo, para un tamano de muestra de 20x30 una bobina de induccion con una potencia de 50 kW a una frecuencia de f = 200 kHz. En la Figura 1 esta mostrada la curva de recocido. Como se desprende de la curva de recocido de la Figura 1, la cinta de acero se calento en el intervalo de un tiempo de calentamiento tA muy corto que se encuentra normalmente entre aproximadamente 0,5 s y 10 s, a una temperatura maxima Tmax por encima de la temperatura Ai (T (Ai) « 725 0C). La temperatura maxima Tmax se encuentra por debajo de la temperatura de transicion de fase Tf de la transicion de fase ferromagnetica (Tf == 770 oC). Entonces se mantuvo la temperatura de la cinta de acero durante un periodo de recocido tG de aproximadamente 1 segundo a un valor de temperatura por encima de la temperatura Ai. Durante este periodo de recocido tG, la cinta de acero se ha enfriado ligeramente de su temperatura maxima Tmax de, por ejemplo, 750 oc a la temperatura Ai (aproximadamente 725 oC). Despues, la cinta de acero se enfrio mediante un enfriamiento con fluido que se puede generar, por ejemplo, mediante un enfriamiento con agua o mediante un enfriamiento con aire dentro de un intervalo de enfriamiento de aproximadamente 0,25 segundos a temperatura ambiente (aproximadamente 23 oc). En caso necesario, despues del enfriamiento se puede realizar otra etapa de laminacion en frio con una reduccion de espesor de hasta el 40 %.

La chapa de acero tratada de este modo se examino a continuacion en relation con su tenacidad y su alargamiento a la rotura. Mediante ensayos comparativos se pudo demostrar que en todos los casos el alargamiento a la rotura era mayor de 6 % y por norma general mayor del 10 % y que la resistencia a la traction presentaba al menos 500 MPa y en muchos casos incluso mas de 650 MPa.

Mediante un decapado de precipitado coloreado de acuerdo con Klemm se ha podido constatar que las chapas de acero tratadas de acuerdo con la invencion presentan una estructura de aleacion que presenta ferrita como fase blanda y martensita asi como dado el caso bainita y/o austenita residual como fase dura. En la Figura 2 esta representada una estructura en muestra metalografica transversal con un decapado de precipitado coloreado de acuerdo con Klemm, mostrando las zonas representadas alli en bianco la fase de martensita y las zonas representadas en azul o marron la fase de ferrita. A partir de esto resulta una disposition en lineas de la fase de mayor resistencia (martensita/bainita).

Mediante ensayos comparativos se ha podido establecer que se consiguen los mejores resultados en relacion con tenacidad y capacidad de conformation cuando la velocidad de calentamiento durante el recocido por induccion con recristalizacion se encuentra entre 200 K/s y 1200 K/s y cuando la cinta de acero recocida con recristalizacion se enfria a continuacion con una velocidad de enfriamiento de mas de 100 K/s. En este sentido son apropiadas en cuanto a aparatos velocidades de enfriamiento entre 350 K/s y 1000 K/s debido a que entonces se puede prescindir de un enfriamiento con agua complejo en cuanto a aparatos y se puede realizar el enfriamiento mediante un gas de enfriamiento tal como, por ejemplo, aire. No obstante, se consiguen los mejores resultados en relacion con las propiedades de material en el caso del uso de un enfriamiento con agua con velocidades de enfriamiento de mas de 1000 K/s.

La chapa de acero de acuerdo con la invencion es excelentemente adecuada para el uso como acero para envases. Asi se pueden fabricar por ejemplo a partir de la chapa de acero de acuerdo con la invencion latas de conservas o

de bebidas, Ya que, en particular, en el ambito alimentario se plantean mayores exigencias a la resistencia a la corrosion de envases, es apropiado que la chapa de acero fabricada de acuerdo con la inveneion despues de tratamiento termieo y, dado el caso, despues de una laminacion de acabado o una etapa de laminacion en frio se dote de un revestimiento metalieo y resistente a la corrosion, por ejemplo mediante estanado o cromado electrolitico, 5 Sin embargo, se podrian aplicar tambien otros materiales de revestimiento tales como, por ejemplo, aluminio, cine o eine/mquel y otros proeedimientos de revestimiento tales como, por ejemplo, galvanizado por inmersion en ealiente, A este respeeto, el revestimiento se puede realizar por un lado o ambos lados en funeion de las neeesidades,

Frente a los aeeros de doble fase conoeidos por la eonstrueeion automoviKstiea, la chapa de acero de acuerdo eon la 10 invencion para el uso como acero para envase se earaeteriza, en particular, por los eostes de fabrieaeion sustaneialmente menores y por la ventaja de que se puede usar un aeero eon menor eoneentraeion de aleaeion y pocos eonstituyentes de la aleaeion, por lo que se pueden evitar impurezas de los alimentos envasados. En relaeion eon la resistencia y la eapaeidad de eonformaeion, la etapa de aeero de acuerdo eon la invencion es comparable eon los aeeros de doble fase conoeidos por la eonstrueeion automovilistica.

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Claims (12)

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   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para la fabrication de un acero para envases a partir de una chapa de acero laminada en frio a partir de un acero no aleado o de baja aleacion con un contenido de carbono de menos del 0,1 % en peso y con los siguientes Kmites superiores para la parte en peso de los constituyentes de la aleacion:

   - N: max. 0,02 %,

   - Mn: max. 0,4 %,

   - Si: max. 0,04 %,

   - Al: max. 0,1 %,

   - Cr: max. 0,1 %,

   - P: max. 0,03 %,

   - Cu: max. 0,1 %,

   - Ni: max. 0,1 %,

   - Sn: max. 0,04 %,

   - Mo: max. 0,04 %,

   - V: max. 0,04 %,

   - Ti: max. 0,05 %,

   - Nb: max. 0,05 %,

   - B: max. 0,005 %,

   - otros constituyentes de la aleacion, incluyendo impurezas: max. 0,05 %,

   - resto hierro,

   caracterizado por que la chapa de acero en primer lugar se recuece con recristalizacion mediante induction eleetromagnetiea a una velocidad de calentamiento de mas de 75 K/s a temperaturas por encima de la temperatura Ac1 del acero y despues del recocido por induccion de recristalizacion se enfria con una velocidad de enfriamiento de al menos lOo K/s, por lo que se configura una estructura multifasica que comprende ferrita y al menos uno de los constituyentes de la estructura martensita, bainita y/o austenita residual.
2. 2. Procedimiento de acuerdo con la revindication 1, caracterizado por que el acero de baja aleacion contiene menos del O,O2 % en peso de Ti y menos del O,O2 % en peso de Nb.
3. 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura multifasica esta compuesta en mas del 80 % y preferentemente en al menos el 95 % por los constituyentes de la estructura ferrita, martensita, bainita y/o austenita residual.
4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la chapa de acero esta fabricada a partir de un acero de baja aleacion que contiene boro y/o niobio y/o titanio.
5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el caso de la chapa de acero se trata de chapa fina o extrafina laminada en frio.
6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la chapa de acero despues del recocido con recristalizacion y el enfriamiento se reviste con un revestimiento superficial de estano, cromo, aluminio, cine o cinc/niquel.
7. 7. Procedimiento de acuerdo eon una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la chapa de acero despues del recocido eon recristalizacion y el enfriamiento presenta una resisteneia a la traction de al menos 5OO MPa, preferentemente de mas de 65O MPa, y un alargamiento a la rotura de mas del 5 %, preferentemente de mas del lO %.
8. 8. Procedimiento de acuerdo eon una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la velocidad de enfriamiento eon la que se enfria la chapa de acero despues del recocido eon recristalizacion es mayor de 5OO K/s.
9. 9. Procedimiento de acuerdo eon una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la chapa de acero despues del recocido por induccion de recristalizacion se enfria mediante un fluido de enfriamiento eon una velocidad de enfriamiento de entre 1OO K/s y 1OOO K/s y preferentemente eon una velocidad de enfriamiento de entre 35O K/s y 1OOO K/s.
10. 10. Procedimiento de acuerdo eon una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el recocido de recristalizacion se realiza en un intervalo de tiempo de 0,5 a 1,5 segundos, preferentemente de aproximadamente 1 segundo, ealentandose la chapa de acero induetivamente a temperaturas por encima de 72O 0C.
11. 11. Chapa de acero para el uso eomo acero para envases fabricada eon el procedimiento de acuerdo eon una de las reivindicaciones anteriores a partir de un acero no aleado o de baja aleacion y laminado en frio eon los siguientes limites superiores para la parte en peso de los constituyentes de aleacion:

    - C: max, 0,1 %,

    - N: max. 0,02 %,

    - Mn: max. 0,4 %,

    - Si: max. 0,04 %,

    5 - Al: max. 0,1 %,

    - Cr: max. 0,1 %,

    - P: max. 0,03 %,

    - Cu: max. 0,1 %,

    - Ni: max. 0,1 %,

    10 - Sn: max. 0,04 %,

    - Mo: max. 0,04 %,

    - V: max. 0,04 %,

    - Ti: max. 0,05 %, preferentemente menos del 0,02 %;

    - Nb: max. 0,05 %, preferentemente menos del 0,02 %;

    15 - B: max. 0,005 %,

    - otros constituyentes de la aleacion, incluyendo impurezas: max. 0,05 %,

    - resto hierro,

    presentando la chapa de acero una estructura multifasica que comprende ferrita y al menos uno de los 20 constituyentes de la aleacion martensita, bainita y/o austenita residual.
12. 12. Uso de una chapa de acero de acuerdo con la reivindicacion 11 como acero para envases, en particular para la fabricacion de latas para alimentos, bebidas u otros productos de llenado tales como productos qmmicos o biologicos as^ como para la fabricacion de latas de aerosol y cierres.

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