ES2773302T3 - Chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente y método de fabricación de la misma - Google Patents

Chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente y método de fabricación de la misma Download PDF

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Abstract

Una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que comprende una chapa de acero base, en donde la chapa de acero base consiste en, en % en masa, C: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %, Si: más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %, Mn: más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %, Al: más del o igual al 0,001 y menos del o igual al 1,0 %, P: menos del o igual al 0,1 %, S: menos del o igual al 0,01 %, N: menos del o igual al 0,01 %, y opcionalmente uno o más de, en % en masa, Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %, Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %, Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %, Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %, Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %, V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %, B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %, Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %; y el resto incluye Fe e impurezas inevitables, en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente está provista de una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente sobre una superficie de la chapa de acero base, la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente consiste en, % en masa, Fe: más del o igual al 5 % y menos del o igual al 15 %, opcionalmente Al: más del o igual al 0,02 % y menos del o igual al 1,0 %; y el resto incluye Zn e impurezas inevitables, y tiene un espesor de más de o igual a 3 μm y menos de o igual a 30 μm, y en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente comprende una capa A inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base, formándose la capa A en la chapa de acero base y con un espesor de más de o igual a 2 μm y menos de o igual a 20 μm desde la superficie de la chapa de acero base, la capa A contiene más del o igual al 50 % en volumen de una estructura de ferrita basado en un volumen de la capa A y el resto incluye estructuras inevitables, y contiene, basado en una masa de la capa A, más del o igual al 90 % en masa de Fe no oxidado, menos del o igual al 10 % en masa de un total de contenidos de óxidos de Fe, Si, Mn, P, S y, Al, y menos del 0,05 % en masa de C.

Description

DESCRIPCIÓN
Chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente y método de fabricación de la misma
Campo de la técnica
La presente invención se refiere a una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente y a un método de fabricación de la misma. Con mayor detalle, la presente invención se refiere a una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia con una resistencia a la tracción de 590 MPa o más, que incluye una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada que se puede aplicar como un material a usar en un campo de la automoción, en un campo de los electrodomésticos, y en un campo de los materiales de construcción, y a un método de fabricación de la misma.
Antecedentes de la técnica
En los materiales que se usan en un campo de la automoción, en un campo de los electrodomésticos, y en un campo de los materiales de construcción, se está usando una chapa de acero tratada en su superficie que está dotada con prevención de corrosión. En particular, se está usando una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que se puede producir a bajo costo y es excelente en la prevención de la corrosión.
En general, la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente se fabrica mediante el siguiente método usando una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente. Primero, se lamina en caliente una losa, se lamina en frío, o se trata con calor para obtener una chapa de acero de calibre delgado. La chapa de acero de calibre delgado se desengrasa y/o se decapa en una etapa de pretratamiento con el propósito de limpiar la superficie de la chapa de acero base u, omitiendo la etapa de pretratamiento, se calienta en un horno de precalentamiento para quemar el aceite sobre la superficie de la chapa de acero base, luego se somete a calentamiento y recocido de recristalización. La atmósfera en el momento de realizar el recocido de recristalización es una atmósfera reductora de Fe debido a que, en el momento del tratamiento de galvanización posterior, los óxidos de Fe obstruirían la humectabilidad de la capa galvanizada y de la chapa de acero base o la adhesión de la capa galvanizada y la chapa de acero base. Después del recocido de recristalización, sin entrar en contacto con el aire, la chapa de acero se enfría continuamente a una temperatura adecuada para el galvanizado en una atmósfera reductora de Fe y se sumerge en un baño de galvanización por inmersión en caliente para la galvanización por inmersión en caliente. Después de la galvanización por inmersión en caliente, la cantidad de adhesión del galvanizado se controla mediante la limpieza inmediata con gas nitrógeno. Después de eso, se lleva a cabo el calentamiento para de ese modo conducir una reacción de aleación Fe-Zn, y de esta manera, se forma la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente en la chapa de acero base.
En los últimos años, en particular en el campo de la automoción, para lograr tanto la función de proteger a los pasajeros en el momento de la colisión, como lograr un peso más liviano destinado a la mejora de la eficiencia del combustible, ha ido en aumento el uso de una chapa de acero de alta resistencia que se hace más resistente que la chapa de acero base mediante la inclusión de elementos que son relativamente baratos, tales como C, Si y Mn. En cuanto a la resistencia, se usa principalmente la chapa de acero con una resistencia a la tracción de 590 MPa o más.
Sin embargo, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que incluye Si y Mn, el Si y el Mn son elementos que son más fácilmente oxidables en comparación con el Fe, por lo que, en el momento del calentamiento en el recocido de recristalización en una atmósfera reductora convencional de Fe, el Si y el Mn se oxidan sobre la superficie de la chapa de acero. Además, el Si y el Mn que se difunden térmicamente desde el interior de la chapa de acero y se oxidan en la superficie de la chapa de acero, por lo que los óxidos de Si y Mn se concentran gradualmente en la superficie. Si los óxidos de Si y Mn se concentran en la superficie, en el proceso de sumersión de la chapa de acero en el baño de galvanización por inmersión en caliente, se evita el contacto entre el zinc fundido y la chapa de acero base, lo que causa una caída en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa galvanizada de la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente. Si la capa de galvanizado se deteriora en la humectabilidad, se producen defectos de no recubrimiento y estos dan como resultado defectos en la apariencia y defectos en la prevención de la corrosión. Si se deteriora la adhesión de la capa galvanizada, se produce el desprendimiento del galvanizado cuando se realiza el conformado por prensa, y esto da como resultado problemas que incluyen defectos en la prevención de la corrosión y defectos en la apariencia con rasguños por la prensa y similares.
Además, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que contiene C, cuando el C está presente en un límite de grano o en un grano de la chapa de acero base en el recocido de recristalización, existe el problema de que se inhibe la reacción entre el zinc fundido y la chapa de acero en el proceso de reacción de la aleación Fe-Zn después de sumergir la chapa de acero base en el baño de galvanización por inmersión en caliente, deteriorándose así la adhesión de la capa galvanizada. Además, también existe el problema de que la inclusión del C en la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente después de la reacción de la aleación disminuye la ductilidad del galvanizado, de modo que cuando se realiza el conformado por prensa se produce fácilmente el desprendimiento del galvanizado.
Aún más, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia, la ductilidad se deteriora con el aumento de la resistencia de la chapa de acero base, y junto con ello, es mayor la carga del prensado en el momento de realizar el conformado por prensa, de modo que aumenta el esfuerzo cortante aplicado a la capa galvanizada por un molde en el momento de realizar el conformado. En consecuencia, existe el problema de que la capa galvanizada se desprende fácilmente de la interfaz con la chapa de acero base, y esto da como resultado problemas que incluyen defectos en la prevención de la corrosión y defectos en la apariencia con rasguños por la prensa y similares.
Como medidas para los problemas atribuidos a la concentración de los óxidos de Si y Mn en el momento del recocido, en el pasado se han propuesto varias técnicas.
Como técnica que se centra en suprimir la concentración de los óxidos de Si y Mn, la Literatura de Patente 1 muestra un método que incluye realizar el recocido bajo una atmósfera oxidante de Si para que el espesor de la película de óxido de la superficie de la chapa de acero pase de 400 a 10.000 Á, luego reducir el Fe en la atmósfera del horno que contiene hidrógeno, y realizar el galvanizado. Además, la Literatura de Patente 2 muestra un método que incluye oxidar el Fe sobre la superficie de la chapa de acero, controlar el potencial de oxígeno en el horno reductor para reducir de ese modo el Fe y oxidar internamente el Si para suprimir la concentración de los óxidos de Si en la superficie, y luego realizar el galvanizado. Sin embargo, en esas técnicas, si el tiempo de reducción es demasiado largo, el Si se concentra en la superficie, y si el tiempo de reducción es demasiado corto, queda una película de óxido de Fe en la superficie de la chapa de acero. En consecuencia, existe el problema de que no se resuelven suficientemente los problemas de la humectabilidad de la capa de galvanizado y de la adhesión de la capa de galvanizado. Además, si se forman óxidos de Fe sobre la superficie de la chapa de acero dentro de un horno de recocido, los óxidos de Fe se depositan sobre un rodillo dentro del horno, y con el aumento en la cantidad del depósito, existe el problema de que se causa el aumento del tamaño en el rodillo y de defectos en la apariencia en la chapa de acero tales como rasguños por la prensa.
La Literatura de Patente 3 muestra una técnica para suprimir la concentración de los óxidos de Si y Mn sobre la superficie elevando el potencial de oxígeno en la atmósfera en un horno de recocido de tipo tubo totalmente radiante y oxidar internamente al Si y al Mn. Además, las Literaturas de Patente 4 y 5 muestran métodos que incluyen controlar cuidadosamente los medios y las condiciones para elevar el potencial de oxígeno para suprimir la concentración en la superficie tanto de los óxidos de Fe como de los óxidos de Si y de Mn, y luego realizar el galvanizado. Sin embargo, ninguna de esas técnicas es suficiente para suprimir la concentración de los óxidos de Si y Mn. Además, dado que los óxidos internos de Si y Mn formados sobre la superficie de la chapa de acero base están presentes en la proximidad de la superficie del interior de la chapa de acero base, existe el problema de que se deteriora la ductilidad de la chapa de acero base y no se puede realizar el conformado por prensa. Además, cuando se aplica un esfuerzo cortante a la capa galvanizada en el momento de realizar el conformado por prensa, existe el problema de que la capa galvanizada se desprende de la proximidad de la superficie del interior de la chapa de acero base en la que están presentes los óxidos internos.
La Literatura de Patente 6 muestra un método que incluye elevar la concentración del hidrógeno en la atmósfera en el recocido de recristalización hasta la región reductora en donde no se oxidan el Fe, el Si y el Mn, y realizar el galvanizado. Sin embargo, en esta técnica, existe además el problema de que el costo del hidrógeno es muy elevado, que la presencia de C sobre la superficie de la chapa de acero base deteriora la adhesión de la capa galvanizada como se describió anteriormente, y que el Si y el Mn restantes obstruyen la reacción entre el galvanizado y la chapa de acero base y se forman óxidos de Si y Mn al reaccionar con los óxidos que flotan sobre la superficie del baño en el momento de sumergir la chapa en el baño de galvanización, por lo que se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa de galvanizado.
Además, como una técnica para suprimir la concentración de los óxidos de Si y Mn, la Literatura de Patente 7, que se enfoca en causar la oxidación interna por adelantado en la etapa de laminación en caliente, muestra una técnica para controlar el potencial de oxígeno en la etapa de la laminación en caliente para causar la oxidación interna del Si y usar la chapa de acero de calibre delgado resultante para fabricar una chapa de acero galvanizado por inmersión en caliente en una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente. Sin embargo, en esta técnica, en el momento de la etapa de la laminación en frío y de otra laminación, la capa de oxidación interna también termina por ser laminada, por lo que la capa de oxidación interna se hace más pequeña en espesor y los óxidos de Si terminan concentrándose sobre la superficie en el proceso de recocido de recristalización, por lo tanto, existe el problema de que no se mejoran lo suficiente la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Además, existe el problema de que los óxidos de Fe, que se forman simultáneamente con la oxidación interna del Si en la etapa de la laminación en caliente, causan el aumento del tamaño del rodillo.
Además, las técnicas escritas en las Literaturas de Patente de 1 a 7 no son suficientes para resolver el problema de la adhesión de la capa galvanizada relacionada con el deterioro de la ductilidad causado por el aumento de la resistencia de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente.
La Literatura de Patente 8 se refiere a una chapa de acero galvanizado con una resistencia a la tracción de 770 MPa o más que comprende: una porción de chapa de acero que contiene una cierta composición química; y una cierta capa galvanizada formada sobre la superficie de la porción de la chapa de acero, en donde la capa galvanizada es una capa chapada por galvanización o una capa chapada galvanizada-recocida, la porción de chapa de acero tiene una capa blanda que está unida directamente a la interfaz con la capa galvanizada y una capa interna que es diferente de la capa blanda, el espesor D de la capa blanda es del 0,001 % al 5 % del espesor t de la porción de la chapa de acero y, cuando la dureza de la capa blanda medida por el método de nano-indentación se indica por H1, y la dureza representativa de la porción de la chapa de acero medida por el método de nano-indentación se indica por Ha en una sección transversal que va a lo largo de la dirección del espesor de la porción de la chapa de acero, H1 es del 5 % al 75 % de Ha.
La Literatura de Patente 9 describe una chapa de acero galvanizado de Zn por inmersión en caliente con un excelente equilibrio entre la resistencia a la tracción y la ductilidad, y una excelente adhesión del revestimiento, en donde la composición de una chapa base de la misma incluye (% en masa): 0,05-0,25 % de C; no más del 2,0 % de Si; 1,0-2,5 % de Mn; y 0,005-0,10 % de Al, en donde el contenido del C en la porción de la capa superficial de acero base justo debajo de una capa de revestimiento no es más del 0,02 % en masa, la estructura del acero base contiene no menos del 50 % de fase de martensita y el resto está formando por fase de ferrita y fase de austenita residual, y un método para producir dicha chapa de acero galvanizado de Zn por inmersión en caliente.
La Literatura de Patente 10 describe una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente con una composición particular para el acero base. Las partículas de óxido de manganeso están presentes en una línea recta arbitraria que se encuentra en una interfaz entre la capa del chapado de galvanizado de zinc y la chapa de acero en un número promedio de 10 o menos por micrómetro de línea recta, y se proporciona una capa de aleación de óxidohierro-aluminio en una interfaz entre las partículas de óxido de manganeso y la chapa de acero.
Literatura(s) de la técnica anterior
Literatura(s) de Documentos de Patente
Literatura de Patente 1 JP S55-122865A
Literatura de Patente 2 JP 2.001-323355A
Literatura de Patente 3 JP 2.008-7842A
Literatura de Patente 4 JP 2.001 -279412A
Literatura de Patente 5 JP 2.009-209397A
Literatura de Patente 6 JP 2.010-126757A
Literatura de Patente 7 JP 2.000-309847A
Literatura de Patente 8 EP 2474639A1
Literatura de Patente 9 EP 1149928A1
Literatura de Patente 10 EP 2145973A1
Sumario de la invención
Problemas planteados
La presente invención proporciona una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que incluye una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada sobre una chapa de acero base que contiene C, Si y Mn, y un método de fabricación de la misma.
Medios para resolver los problemas
Con el fin de resolver los problemas, los inventores de la presente invención se han centrado en las influencias sobre la humectabilidad del galvanizado y sobre la adhesión de la capa galvanizada de un contenido de una estructura de ferrita, de un contenido de Fe no oxidado, de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, y Mn, y de un contenido de C en la chapa de acero que está inmediatamente debajo de la chapa de acero base en particular, entre la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente aleada y la chapa de acero base en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente. Además, como método de fabricación de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente, los inventores de la presente invención se han centrado en controlar, en una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente que incluye un horno de calentamiento y un horno de foso, el logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial del vapor de agua Ph2o por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) de una atmósfera en cada uno del horno de calentamiento y del horno de foso, en cada uno del horno de calentamiento y del horno de foso, y han realizado estudios intensivos. Como resultado, los inventores de la presente invención han descubierto que se puede fabricar una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia con una excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada y con una resistencia a la tracción de 590 MPa o más, y, por lo tanto, se ha realizado la presente invención.
La invención es como se establece en las reivindicaciones adjuntas.
Se describen los siguientes puntos.
[1] Una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que incluye una chapa de acero base, en donde la chapa de acero base contiene, en % en masa,
C: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %,
Si: más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %,
Mn: más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %,
Al: más del o igual al 0,001 % y menos del o igual al 1,0 %,
P: menos del o igual al 0,1 %,
S: menos del o igual al 0,01 %,
N: menos del o igual al 0,01 %, y
el resto incluye Fe e impurezas inevitables,
en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente está provista de una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente sobre una superficie de la chapa de acero base, la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente contiene, en % en masa, Fe: más del o igual al 5 % y menos del o igual al 15 %, y el resto incluye Zn e impurezas inevitables, y tiene un espesor de más de o igual a 3 gm y menos de o igual a 30 gm, y
en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente incluye una capa A inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base, estando la capa A formada en la chapa de acero base y con un espesor de más de o igual a 2 gm y menos de o igual a 20 gm desde la superficie de la chapa de acero base, la capa A contiene más del o igual al 50 % en volumen de una estructura de ferrita basado en un volumen de la capa A y el resto incluye estructuras inevitables, y contiene, basado en una masa de la capa A, más del o igual al 90 % en masa de Fe no oxidado, menos del o igual al 10 % en masa de un total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S y Al, y menos del 0,05 % en masa de C.
[2] La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según [1],
en donde la chapa de acero base contiene además uno o más de, en % en masa,
Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %,
B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %.
[3] La chapa de acero aleada y galvanizada por inmersión en caliente según [1] o [2],
en donde la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente contiene, además, en % en masa, Al: más del o igual al 0,02 % y menos del o igual al 1,0 %.
[4] Un método de fabricación de una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que incluye un material de acero base, conteniendo el material de acero base, en % en masa
C: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %,
Si: más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %,
Mn: más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %,
Al: más del o igual al 0,001 % y menos del o igual al 1,0 %,
P: menos del o igual al 0,1 %,
S: menos del o igual al 0,01 %,
N: menos del o igual al 0,01 %, y
el resto incluye Fe e impurezas inevitables,
cuyo el método incluye:
realizar colada, laminación en caliente, decapado, y laminación en frío para de ese modo producir el material de acero base;
someter el material de acero base a un tratamiento de galvanización por inmersión en caliente realizando, usando una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente equipada con un horno de calentamiento y un horno de foso, un tratamiento de recocido en el que se incrementa una temperatura del material de acero base dentro de un intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C en el horno de calentamiento y en el horno de foso; y
someter el material de acero base a un tratamiento de aleación a una temperatura a más de o igual a 440°C y menos de o igual a 600°C,
en donde el tratamiento de recocido se realiza bajo las siguientes condiciones:
condiciones del horno de calentamiento: se usa un horno de calentamiento de tipo tubo totalmente radiante, un período de tiempo en el que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de calentamiento contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -4,0 y menos de -2,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen; y
condiciones del horno de foso: un período de tiempo en el que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de foso contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log (Ph2o/Ph2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -8,0 y menos de -4,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen.
[5] Un método de fabricación de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según [4], en donde el material de acero base contiene además uno o más de, en % en masa,
Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %,
B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %.
Efectos de la invención
Según la presente invención, se proporciona la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que incluye la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con una excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada sobre la chapa de acero base que contiene C, Si, y Mn y con una resistencia a la tracción de 590 MPa o más.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1. La Figura 1 es un gráfico que muestra una relación de un contenido de Fe en una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente y un espesor de la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 2. La Figura 2 es un gráfico que muestra una relación de un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de calentamiento y un contenido de estructura de ferrita en una capa A con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 3. La Figura 3 es un gráfico que muestra una relación de un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de foso y un contenido de Fe no oxidado en una capa A con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 4. La Figura 4 es un gráfico que muestra la relación de un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de foso y un total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al en una capa A con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 5. La Figura 5 es un gráfico que muestra una relación de un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de calentamiento y un contenido de C en una capa A con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 6. La Figura 6 es un gráfico que muestra una relación de un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de calentamiento y un espesor de una capa A con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 7. La Figura 7 es un gráfico que muestra una relación de la temperatura máxima de la chapa de un horno de calentamiento y un período de tiempo en el que la temperatura de una chapa de acero laminada en frío está en un intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C en el horno de calentamiento con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 8. La Figura 8 es un gráfico que muestra una relación de la temperatura máxima de la chapa de un horno de foso y un período de tiempo en que la temperatura de una chapa de acero laminada en frío está en un intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C en el horno de foso con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 9. La Figura 9 es un gráfico que muestra la relación de un valor de log(PH2o/PH2) de un horno de calentamiento y un valor de log(PH2O/PH2) de un horno de foso con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Figura 10. La Figura 10 es un gráfico que muestra una relación de una concentración de hidrógeno en un horno de calentamiento y una concentración de hidrógeno en un horno de foso con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante .
Figura 11. La Figura 11 es un gráfico que muestra una relación de la temperatura de aleación en un tratamiento de aleación y un contenido de Fe en una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, que se obtiene a partir de los resultados de los Ejemplos y de los Ejemplos Comparativos de la presente invención que se describirán más adelante.
Modos de realizar la invención
De aquí en adelante, se describirá la presente invención en detalle.
Primero, supóngase que los componentes del acero de la chapa de acero base, incluida la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente según la presente invención, son los siguientes, y, además, la chapa de acero base tiene una resistencia a la tracción de 590 MPa o más. Téngase en cuenta que ''%" usado para los componentes del acero descritos en la siguiente descripción representa el "% en masa" a menos que se explique lo contrario.
C: El C es un elemento que puede aumentar la resistencia de la chapa de acero base.
Sin embargo, cuando el contenido es menos del 0,05 %, es difícil lograr tanto la resistencia a la tracción de 590 MPa o más como la trabajabilidad. Por otro lado, cuando el contenido supera el 0,50 %, es difícil garantizar la soldabilidad por puntos. Por esta razón, el intervalo se establece en más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %.
Si: El Si es un elemento de fortalecimiento y es efectivo para aumentar la resistencia de la chapa de acero base. El Si puede suprimir la precipitación de la cementita. Cuando el contenido es menos del 0,2 %, es pequeño el efecto de un alto fortalecimiento. Por otro lado, cuando el contenido supera el 3,0 %, disminuye la trabajabilidad. En consecuencia, el contenido de Si se establece en el intervalo de más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %.
Mn: El Mn es un elemento de fortalecimiento y es efectivo para aumentar la resistencia de la chapa de acero base. Sin embargo, cuando el contenido es menos del 0,5 %, es difícil obtener la resistencia a la tracción de 590 MPa o más. Por el contrario, cuando el contenido es una gran cantidad, esto facilita la co-segregación con el P y el S, y conduce a un deterioro notable en la trabajabilidad, y por lo tanto el límite superior es el 5,0 %. En consecuencia, el contenido de Mn se establece en el intervalo de más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %.
Al: El Al promueve la formación de la ferrita, y mejora la ductilidad. El Al también puede actuar como un material desoxidante. Los efectos del mismo no son suficientes cuando el contenido es menos del 0,001 %. Por otro lado, la adición excesiva aumenta el número de inclusiones gruesas a base de Al, lo que puede causar el deterioro de la capacidad de expansión del orificio, así como defectos superficiales. Por consiguiente, el contenido de Al se establece en más del o igual al 0,001 % y menos del o igual al 1,0 %.
P: El P tiende a segregarse en la parte central del espesor de la chapa de acero y hace que la zona de soldadura se vuelva frágil. Cuando el contenido supera el 0,1%, la fragilidad de la zona de soldadura se hace notable, por lo que el intervalo adecuado se establece en menos del o igual al 0,1 %. Es decir, el P se considera una impureza y se limita a menos del o igual al 0,1 %. El valor límite inferior del P no se determina particularmente, pero cuando el límite inferior es menos del 0,0001 %, es desventajoso económicamente, por lo que este valor se establece preferiblemente en el valor límite inferior.
S: El S tiene un efecto adverso sobre la soldabilidad y sobre la capacidad de fabricación en el momento de la colada y de la laminación en caliente. Por esta razón, el valor límite superior es menos del o igual al 0,01 %. Es decir, el S se considera como una impureza y se limita a menos del o igual al 0,01 %. El valor límite inferior del S no está particularmente determinado, pero cuando el límite inferior es menos del 0,0001 %, es desventajoso económicamente, por lo que este valor se establece preferiblemente en el valor límite inferior. Dado que el S se combina con el Mn para formar MnS grueso, que deteriora la capacidad de doblado y la capacidad de expansión del orificio, se prefiere que el contenido de S se reduzca tanto como sea posible.
N: El N forma nitruros gruesos y causa el deterioro de la capacidad de doblado y de la capacidad de expansión del orificio, por lo que es necesario restringir la cantidad de aditivo. Esto se debe a que cuando el contenido de N supera el 0,01 %, la tendencia anterior se hace notable, por lo que el N se considera como una impureza y el contenido de N está en un intervalo de menos del o igual al 0,01 %. El efecto de la presente invención se exhibe sin limitar particularmente el límite inferior, pero cuando el contenido de N es menos del 0,0005 %, el costo de fabricación aumenta drásticamente, por lo que este valor es un límite inferior sustancial.
La chapa de acero base según la presente invención puede incluir, además, según sea necesario, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Cr, Ni, Cu, Nb, Ti, V, B, Ca, Mg, La, Ce, e Y.
Cr: El Cr es un elemento de fortalecimiento y es importante para mejorar la templabilidad. Sin embargo, cuando el contenido es menos del 0,05 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir Cr, el valor límite inferior se establece en el 0,05 %. Por el contrario, cuando el contenido supera el 1,0 %, esto tiene un efecto adverso sobre la capacidad de fabricación en el momento de la fabricación y de la laminación en caliente, por lo que el valor límite superior se establece en el 1,0 %.
Ni: El Ni es un elemento de fortalecimiento y es importante para mejorar la templabilidad. Sin embargo, cuando el contenido es menos del 0,05 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir Ni, el valor límite inferior se establece en el 0,05 %. Por el contrario, cuando el contenido supera el 1,0 %, tiene un efecto adverso sobre la capacidad de fabricación en el momento de la fabricación y de la laminación en caliente, por lo que el valor límite superior se establece en el 1,0 %.
Cu: El Cu es un elemento de fortalecimiento y es importante para mejorar la templabilidad. Sin embargo, cuando el contenido es menos del 0,05 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir Cu, el valor límite inferior se establece en el 0,05 %. Por el contrario, cuando el contenido supera el 1,0 %, tiene un efecto adverso sobre la capacidad de fabricación en el momento de la fabricación y de la laminación en caliente, por lo que el valor límite superior se establece en el 1,0 %.
Nb: El Nb es un elemento de fortalecimiento. Ayuda a aumentar la resistencia de la chapa de acero base a través del fortalecimiento del precipitado, del fortalecimiento del refinado del grano debido a la inhibición del crecimiento de los granos cristalinos de la ferrita, y del fortalecimiento de la dislocación debido a la inhibición de la recristalización. Cuando la cantidad de aditivo es menos del 0,005 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir Nb, el valor límite inferior se establece en el 0,005 %. Cuando el contenido supera el 0,3 %, aumenta la precipitación del carbonitruro y tiende a deteriorarse la capacidad para el conformado, por lo que el límite superior se establece en el 0,3 %.
Ti: El Ti es un elemento de fortalecimiento. Ayuda a aumentar la resistencia de la chapa de acero base a través del fortalecimiento del precipitado, del fortalecimiento del refinado del grano debido a la inhibición del crecimiento de los granos cristalinos de la ferrita, y del fortalecimiento de la dislocación debido a la inhibición de la recristalización. Cuando la cantidad de aditivo es menos del 0,005 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir Ti, el valor límite inferior se establece en el 0,005 %. Cuando el contenido supera el 0,3 %, aumenta la precipitación del carbonitruro y tiende a deteriorarse la capacidad para el conformado, por lo que el límite superior se establece en el 0,3 %.
V: El V es un elemento de fortalecimiento. Ayuda a aumentar la resistencia de la chapa de acero a través del fortalecimiento del precipitado, del fortalecimiento del refinado del grano debido a la inhibición del crecimiento de los granos cristalinos de la ferrita, y del fortalecimiento de la dislocación debido a la inhibición de la recristalización. Cuando la cantidad de aditivo es menos del 0,005 %, no se pueden obtener estos efectos, por lo que, en el caso de incluir V, el valor límite inferior se establece en el 0,005 %. Cuando el contenido supera el 0,5 %, aumenta la precipitación del carbonitruro y tiende a deteriorarse la capacidad para el conformado, por lo que el límite superior se establece en el 0,5 %.
B: El B es efectivo para el fortalecimiento de los límites de grano y para el fortalecimiento del acero mediante la adición de más del o igual al 0,0001 %, pero cuando la cantidad de aditivo supera el 0,01 %, no solo se satura el efecto de la adición, sino que se reduce la capacidad de fabricación en el momento de la laminación en caliente, por lo que el límite superior del mismo se establece en el 0,01 %.
Ca, Mg, La, Ce e Y se pueden incluir cada uno en más del o igual al 0,0005 % y en menos del o igual al 0,04 %. Ca, Mg, La, Ce e Y son elementos usados para la desoxidación, y se prefiere que el contenido de cada uno de los elementos sea más del o igual al 0,0005 %. Sin embargo, cuando el contenido supera el 0,04 %, esto puede causar deterioro de la capacidad para el conformado. En consecuencia, el contenido de cada uno de los elementos se establece en más del o igual al 0,0005 % y en menos del o igual al 0,04 %.
Téngase en cuenta que, en la presente invención, La, Ce e Y generalmente se añaden en un metal de Misch, que además de La y Ce también puede contener en combinación otros elementos de la serie de lantánidos. Los efectos de la presente invención se exhiben incluso cuando los elementos de la serie de lantánidos distintos de La y Ce están contenidos como impurezas inevitables. Sin embargo, los efectos de la presente invención se exhiben incluso cuando se añaden metales tales como La y Ce.
A continuación, se describirá la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente según la presente invención.
La capa aleada de acero galvanizado por inmersión en caliente según la presente invención se forma sobre una superficie de la chapa de acero base, que es un sustrato, para garantizar la prevención de la corrosión. Por consiguiente, en la presente invención, la disminución de la adhesión de la capa galvanizada o de la humectabilidad del galvanizado es un problema desventajoso desde el punto de vista de garantizar la prevención de la corrosión.
Como se muestra en la Figura 1, la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente incluye, en % en masa, más del o igual al 5 % y menos del o igual al 15 % de Fe, el resto incluye Zn e impurezas inevitables.
Cuando el contenido de Fe es menos del 5 %, la cantidad de una fase de aleación Fe-Zn formada en la capa galvanizada es pequeña y no es suficiente la prevención de la corrosión. Además, dado que disminuye la capacidad de deslizamiento de la superficie de la capa galvanizada, en el momento de realizar el conformado por prensa se produce la fractura de la chapa de acero base o el desprendimiento de la capa galvanizada y, por lo tanto, se deteriora la adhesión de la capa galvanizada. Cuando el contenido de Fe supera el 15 %, en la fase de aleación Fe-Zn formada en la capa galvanizada, se forma una fase r o una fase r1 con un gran espesor que es pobre en ductilidad. Como resultado de ello, en la interfaz entre la capa galvanizada y la chapa de acero del sustrato, se desprende la capa galvanizada en el momento de realizar el conformado por prensa, y se deteriora la prevención de la corrosión. Téngase en cuenta que la fase de aleación Fe-Zn usada en la presente invención presenta todo lo indicado a continuación: una fase Z (FeZn13), una fase Ó1 (FeZn7), una fase r 1 (FesZn21), y una fase r (Fe3Zn10).
Además, en la presente invención, el Al se puede incluir adicionalmente en la capa galvanizada según sea necesario. Con la inclusión de más del o igual al 0,02 % y menos del o igual al 1,0 % de Al en la capa galvanizada, se pueden mejorar aún más la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada.
Un método para analizar el contenido de Fe en la capa galvanizada implica, por ejemplo: cortar un área de 30 mm x 30 mm de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente; sumergir la muestra cortada en una disolución acuosa al 5 % de ácido clorhídrico que contiene un 0,02 % en volumen de inhibidor (IBIT 700A, fabricado por Asahi Chemical Co., Ltd); disolver sólo la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente; medir la cantidad de Fe, la cantidad de Zn, y la cantidad de Al de la disolución con ICP (por sus siglas en inglés) (analizador de emisiones de plasma iónico); y dividir la cantidad de Fe por la cantidad de Fe la cantidad de Zn la cantidad de Al y multiplicar el resultado por 100. En la presente invención, el contenido de Fe representa un promedio de los valores determinados a partir de cinco muestras que se cortan de ubicaciones que están separadas entre sí por 100 mm o más.
Como se muestra en la Figura 1, la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente tiene un espesor de más de o igual a 3 gm y menos de o igual a 30 gm.
La capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con un espesor de menos de 3 gm no es suficiente en la prevención de la corrosión. Además, se hace difícil formar de una manera uniforme la capa galvanizada sobre la chapa de acero base, lo que puede causar que no se produzca el galvanizado, por ejemplo, y, por lo tanto, se deteriora la humectabilidad del galvanizado. La capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente con un espesor superior a 30 gm no es económica, debido a que se satura el efecto de la mejora de la prevención de la corrosión por la capa galvanizada. Además, aumenta la tensión residual dentro de la capa galvanizada, y se deteriora la adhesión de la capa galvanizada, por ejemplo, la capa galvanizada se puede desprender en el momento de realizar el conformado por prensa.
Con respecto a un método para medir el espesor de la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente, existen varios métodos, incluido el método de prueba de sección transversal microscópica (JIS H 8501). Este es un método que consiste en sumergir una sección transversal de una muestra en una resina, pulirla, luego realizar el decapado con una disolución corrosiva según sea necesario, y analizar la superficie pulida con un microscopio óptico, un microscopio electrónico de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), un microanalizador de sonda electrónica (EPMA, por sus siglas en inglés), y similares, y encontrar el espesor. En la presente invención, la muestra se sumergió en Technovit 4002 (fabricado por Maruto Instrument Co., Ltd.) y se pulió por orden con papel de pulido #240, #320, #400, #600, #800 y #1.000 (JIS R 6001), luego se analizó la superficie pulida mediante EPMA (por sus siglas en inglés) desde la superficie de la capa galvanizada hasta la chapa de acero de sustrato mediante un análisis lineal. Luego, se encontró el espesor en el que ya no se detecta el Zn en posiciones de 10 ubicaciones cualesquiera que están separadas entre sí por 1 mm o más, se promedian los valores encontrados, y se determinó el valor obtenido como el espesor de la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente.
Posteriormente, se describirá una capa A, que es importante en la presente invención.
La chapa de acero aleada y galvanizada por inmersión en caliente según la presente invención incluye la siguiente capa A inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base, estando la capa A formada en la chapa de acero base y con un espesor de más de o igual a 2 gm y menos de o igual a 20 gm desde la superficie de la chapa de acero base.
Capa A: incluye más del o igual al 50 % en volumen de una estructura de ferrita basado en un volumen de la capa A y el resto incluye estructuras inevitables, y contiene, basado en una masa de la capa A, más del o igual al 90 % en masa de Fe no oxidado, menos del o igual al 10 % en masa de un total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al, y menos del 0,05 % en masa de C.
La capa A según la presente invención se define mediante el siguiente método de medición. Dado que los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S y Al están disminuidos, la capa A está compuesta principalmente por una estructura de ferrita suprimida en C y excelente en ductilidad, que es diferente de una capa que incluye los óxidos internos de Si y Mn, o al Si y Mn oxidados externamente descritos en las Literaturas de Patente o similares. Además, la capa A es una capa compuesta principalmente de Fe no oxidado con una alta reactividad con el zinc, y se controla con precisión para mejorar la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que incluye la capa A según la presente invención que contiene C, Si, Mn y similares tiene una alta resistencia de 590 MPa o más, y es excelente en humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada.
Como se muestra en la Figura 2, es necesario incluir más del o igual al 50 % en volumen de la estructura de ferrita basado en un volumen de la capa A para obtener una excelente adhesión de la capa galvanizada. La ferrita es una estructura excelente en ductilidad.
Como se describió anteriormente, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente, con el aumento de la resistencia se deteriora la ductilidad, y junto con ella, se hace más mayor la carga de la prensa en el momento de realizar el conformado por prensa, de modo que aumenta el esfuerzo cortante aplicado a la capa galvanizada por un molde en el momento de realizar el conformado. En consecuencia, la capa galvanizada se desprende fácilmente de la interfaz con la chapa de acero base, y esto da como resultado defectos en la prevención de la corrosión y defectos en la apariencia con rasguños por la prensa y similares, lo que se puede convertir en un problema relacionado con el deterioro de la adhesión de la capa galvanizada. Sin embargo, en la presente invención, dado que la capa A inmediatamente debajo de la capa galvanizada incluye una estructura de ferrita y es excelente en ductilidad, se resuelve el problema. Si la estructura de ferrita se incluye en menos del 50 % en volumen en la capa A, no es suficiente la mejora en la adhesión de la capa galvanizada. Se prefiere que la capa A incluya más del o igual al 55 % en volumen de estructura de ferrita. La fase de ferrita puede incluir una forma de ferrita acicular además de una ferrita poligonal.
Las estructuras inevitables incluidas en el resto representan bainita, martensita, austenita residual, y perlita.
Téngase en cuenta que se pueden identificar cada fase de las estructuras tales como ferrita, martensita, bainita, austenita, perlita y de las estructuras residuales, y se pueden observar y medir cuantitativamente sus ubicaciones y fracción de área usando un microscopio óptico con un aumento de 1.000 veces y con un microscopio electrónico de transmisión y barrido con un aumento de 1.000 veces a 100.000 veces después de que una sección transversal de la chapa de acero en una dirección de la laminación o una sección transversal en la dirección del ángulo recto a la dirección de la laminación se decapa usando un reactivo Nital y el reactivo como se describe en el Documento de Patente de Número JP 59-219473A. En los ejemplos, la fracción de área de la estructura de ferrita se puede obtener observando 20 o más campos y aplicando el método del recuento de puntos o el análisis de imágenes hasta una profundidad de 2 pm desde inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base. Luego, se determina el valor promedio como el contenido basado en el volumen.
Además, es necesario que la capa A incluya, basado en una masa de la capa A, más del o igual al 90 % en masa de Fe no oxidado, menos del o igual al 10 % en masa de un total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al, y menos del 0,05 % en masa de C, para obtener una excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada.
Como se describió anteriormente, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que incluye Si y Mn, el Si y el Mn son elementos que son más fácilmente oxidables en comparación con el Fe, por lo que, en el momento del calentamiento en el recocido de recristalización en una atmósfera reductora convencional de Fe, el Si y el Mn se oxidan sobre la superficie de la chapa de acero base. Además, el Si y el Mn que se difunden térmicamente desde el interior de la chapa de acero base se oxidan en la superficie, por lo que los óxidos de Si y Mn se concentran gradualmente en la superficie. Si los óxidos de Si y Mn se concentran en la superficie, en el proceso de inmersión de la chapa de acero base en el baño de galvanización por inmersión en caliente, se evitaría el contacto entre el zinc fundido y la chapa de acero base, lo que causaría un problema de una caída en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa galvanizada de la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente. Además, como se describió anteriormente, los óxidos internos de Si y Mn descritos en las Literaturas de Patente también están presentes en la proximidad de la superficie del interior de la chapa de acero base. Por consiguiente, existe el problema de que se deterioran la ductilidad y la capacidad de doblado de la chapa de acero base y no se puede realizar el conformado por prensa. Además, cuando se aplica el esfuerzo cortante a la capa galvanizada en el momento de realizar el conformado por prensa, existe un problema relacionado con la adhesión de la capa galvanizada ya que la capa galvanizada se desprende desde la proximidad de la superficie del interior de la chapa de acero base en la que están presentes los óxidos internos. Sin embargo, en la presente invención, la capa A inmediatamente debajo de la capa galvanizada se compone principalmente de Fe, y están disminuidos los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S y Al, de modo que se resuelven los problemas. Los óxidos usados en la presente invención pueden ser cualesquiera de los óxidos internos, u óxidos externos que se concentran en la superficie de la chapa de acero base. Ejemplos de los óxidos incluyen FeO, Fe2Ü3 , Fe3Ü4 , MnO, MnÜ2 , Mn2Ü3 , Mn3Ü4 , SiÜ2 , P2O5 , Al2Ü3 , SO2 como óxidos simples y las respectivas composiciones no estequiométricas de óxidos simples, o FeSiO3 , Fe2SiO4 , MnSiO3 , Mn2SiO4 , AlMnO3 , Fe2PO3 , Mn2 PO3 como óxidos compuestos y las respectivas composiciones no estequiométricas de los óxidos compuestos.
Por los motivos descritos anteriormente, como se muestra en la Figura 3, la mejora en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa galvanizada no es suficiente cuando el contenido de Fe no oxidado en la capa A es menos del 90 %. El contenido de Fe es preferiblemente más del o igual al 92 %. Además, como se muestra en la Figura 4, cuando el total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al supera el 10 %, no es suficientes la mejora en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa galvanizada. El contenido total de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al es preferiblemente menos del o igual al 8 %.
El contenido de Fe no oxidado en la capa A se determina como sigue, por ejemplo. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente se analiza en la dirección de la profundidad usando un espectroscopio de fotoelectrones de rayos X con un haz de iones (XPS, PHI5800, fabricado por Ulvac Phi, Inc.), y el contenido desde la profundidad a la que ya no se pudo detectar el Zn hasta la profundidad de más abajo de 2 gm, que se calcula a partir de un espectro de Fe de valor cero, se promedia por la profundidad. De la misma manera, el total de los contenidos de los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al se determina encontrando los respectivos contenidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al desde de las profundidades a las que ya no se pudo detectar el Zn hasta una profundidad de más abajo de 2 gm, los cuales se elaboraron a partir de los espectros de Fe, Si, Mn, P, S y Al cuyas valencias no son cero, añadiendo los contenidos, y luego promediando el contenido por la profundidad. Sin embargo, el método de medición no está particularmente limitado, y los contenidos se pueden determinar usando medios de análisis según sea necesario, tales como el análisis en la dirección de la profundidad usando espectrometría de descarga luminiscente (GDS, por sus siglas en inglés), espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS, por sus siglas en inglés) y espectrometría de masas de iones secundarios de tipo tiempo de vuelo (TOF-SIMS, por sus siglas en inglés), y el análisis de la sección transversal usando un microscopio electrónico de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés) y un microanalizador de sonda electrónica (EPMA, por sus siglas en inglés).
Además, como se describió anteriormente, en la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente de alta resistencia que contiene C, cuando el C está presente en un límite de grano o en un grano de la chapa de acero base en el recocido de recristalización, existe el problema de que se inhibe la reacción entre el zinc fundido y la chapa de acero base en el proceso de la reacción de aleación Fe-Zn después de sumergir la chapa de acero base en el baño de galvanización por inmersión en caliente, lo que deteriora la adhesión de la capa galvanizada. Además, también existe el problema de que la inclusión del C en la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente después de la reacción de la aleación disminuye la ductilidad del galvanizado, de modo que cuando se realiza el conformado por prensa se produce fácilmente el desprendimiento del galvanizado. Sin embargo, en la presente invención, se reduce en gran medida el contenido del C en la capa A inmediatamente debajo de la capa galvanizada, y se resuelven los problemas. Por los motivos descritos anteriormente, como se muestra en la Figura 5, cuando el contenido del C en la capa A es más del o igual al 0,05 % no es suficiente la mejora en la adhesión de la capa galvanizada. El contenido del C en la capa A es menos del 0,05 %, y es preferiblemente menos del o igual al 0,03 %.
El contenido de C en la capa A se determina como sigue, por ejemplo. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente se analiza en la dirección de la profundidad usando un GDS (por sus siglas en inglés) (GDA750, fabricado por Rigaku Corporation), y el contenido desde la profundidad a la que ya no se pudo detectar el Zn hasta una profundidad de más debajo de 2 gm se promedia con la profundidad. Sin embargo, el método de medición no está particularmente limitado, y los contenidos se pueden determinar usando medios de análisis según sean necesarios, tales como el análisis en la dirección de la profundidad usando XPS (por sus siglas en inglés), SIMS (por sus siglas en inglés), y TOF-SIMS (por sus siglas en inglés), y el análisis en la sección transversal usando TEM (por sus siglas en inglés) y EPMA (por sus siglas en inglés).
Como se muestra en la Figura 6, para lograr una excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada es necesario que la capa A tenga un espesor de más de o igual a 2 gm y menos de o igual a 20 gm. La mejora en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa galvanizada no es suficiente cuando el espesor es menos de 2 gm, y la resistencia de la chapa de acero base se deteriora cuando el espesor supera los 20 gm. El espesor de la capa A es preferiblemente más de o igual a 2 gm y menos de o igual a 15 gm.
El espesor de la capa A se determina como sigue. Es decir, el % en volumen de la estructura de ferrita mencionada anteriormente se mide inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base, y la profundidad a la cual la estructura de ferrita es menos del 50 % en volumen (profundidad desde inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base) se representa por D1. D2 representa, cuando la chapa de acero se analiza en la dirección de la profundidad usando un XPS (por sus siglas en inglés), la profundidad desde la profundidad a la que el Zn ya no se pudo detectar hasta la profundidad a la que el contenido de Fe es menos del 90 % determinado por el método mencionado anteriormente. D3 representa la profundidad, que se determina simultáneamente con D2 usando el XPS (por sus siglas en inglés), desde la profundidad a la que ya no se pudo detectar el Zn hasta la profundidad a la que el total de los contenidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al en los espectros de Fe, Si, Mn, P, S, y de Al cuyas valencias no son cero determinados por el método mencionado anteriormente superan el 10 %. D4 representa, cuando la chapa de acero se analiza en la dirección de la profundidad usando un GDS (por sus siglas en inglés), la profundidad desde la profundidad a la que ya no se pudo detectar el Zn hasta la profundidad a la que el contenido de C determinado por el método mencionado anteriormente es más del o igual al 0,05 %. Luego, entre los valores promedio de D1(AVE) a D4(AVE) obtenidos mediante la medida de cinco puntos de cada uno de D1 a D4 en posiciones que están separadas entre sí por más de o igual a 20 mm y por menos de o igual a 50 mm, se emplea el valor más pequeño como el espesor de la capa A. Así, la capa A determinada es una capa compuesta principalmente por una estructura de ferrita que contiene Fe como componente principal, que está disminuida en los óxidos de Fe, Si, Mn, P, S, y Al, que son óxidos externos u óxidos internos, y también está disminuida en el C. Siempre que la capa A tenga un espesor dentro del intervalo de la presente invención, la capa A es excelente en cuanto a la humectabilidad del galvanizado y a la adhesión de la capa galvanizada.
A continuación, se describirá el método de fabricación de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según la presente invención.
El método de fabricación incluye someter un material de acero que contiene los componentes dados a colada, laminación en caliente, decapado, y laminación en frío, para así producir una chapa de acero laminada en frío (chapa de acero base), someter la chapa de acero laminada en frío a un tratamiento de recocido en una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente equipada con un horno de calentamiento y un horno de foso, y luego realizar un tratamiento de galvanización por inmersión en caliente y un tratamiento de aleación. En el horno de calentamiento y en el horno de foso en el que se realiza el tratamiento de recocido, la chapa de acero laminado en frío cuya temperatura está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual al 950°C mientras permanece en los hornos se la hace pasar bajo las siguientes condiciones, y después de eso, la chapa de acero laminada en frío se somete al tratamiento de galvanización por inmersión en caliente, y posteriormente se somete al tratamiento de aleación a una temperatura de calentamiento de aleación de más de o igual a 440°C y menos de o igual a 600°C. Esas condiciones son importantes para la fabricación de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente, excelente en la humectabilidad del galvanizado y en la adhesión de la capa de galvanizado según la presente invención.
Condiciones del horno de calentamiento: se usa un horno de calentamiento de tipo tubo totalmente radiante, un período de tiempo en que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de calentamiento contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -4,0 y menos de 0,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen.
Condiciones del horno de foso: un período de tiempo en que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de foso contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -8,0 y menos de -4,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen.
En el método de fabricación según la presente invención, el tratamiento de recocido y el tratamiento de proporcionar la capa galvanizada se realiza en la planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente equipada con el horno de calentamiento de tipo de tubo totalmente radiante. Un horno de calentamiento de tipo tubo totalmente radiante es resistente al aumento del tamaño de los rodillos y es bueno en la productividad del tratamiento de recocido.
Como se muestra en la Figura 7 y en la Figura 8, con respecto a las condiciones del horno de calentamiento y a las condiciones del horno de foso, es necesario que la temperatura máxima de la chapa de la chapa de acero laminado en frio que pasa sea más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C para fabricar la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según la presente invención. Cuando la temperatura es menos de 500°C, la resistencia a la tracción de la chapa de acero base es menos de 590 MPa. Además, el Fe oxidado naturalmente sobre la superficie de la chapa de acero base permanece después del recocido, deteriorando de ese modo la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando la temperatura supera los 950°C, se requiere una excesiva energía térmica, lo que no es económico. Además, dado que disminuye la fracción de volumen de la ferrita y se forman óxidos de Si y Mn en exceso, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. La temperatura es preferiblemente más de o igual a 600°C y, menos de o igual a 850°C.
En el horno de calentamiento, se aumenta un valor de log(PH2o/PH2) de la atmósfera en el horno para oxidar C, Si, Mn, P, S, y Al sobre la superficie de la chapa de acero base. Si se oxida el C, el C se desprende de la chapa de acero base como monóxido de carbono o dióxido de carbono y, por lo tanto, se puede disminuir el contenido de C sobre la superficie de la chapa de acero base. Además, Si, Mn, P, S, y Al se oxidan internamente inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base. En ese momento, controlando de manera apropiada el nivel del valor de log(PH20/PH2), se puede suprimir la oxidación del Fe. En consecuencia, se pueden obtener excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada.
Como se muestra en la Figura 7, en el horno de calentamiento, el período de tiempo en que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual al 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos. Cuando el período de tiempo es menos de 100 segundos, son pequeñas la cantidad disminuida del contenido de C y las cantidades de Si, Mn, P, S, y Al oxidados internamente y, por lo tanto, se deteriora la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando el período de tiempo supera los 1.000 segundos, se deteriora la productividad, y el contenido de C disminuye de forma excesiva causando la disminución de la resistencia a la tracción y deterioro de la adhesión de la capa galvanizada debido a la excesiva oxidación interna y a la generación de tensión interna.
Como se muestra en la Figura 9, en el horno de calentamiento, la atmósfera en donde la chapa de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C contiene hidrógeno, vapor de agua y nitrógeno, y un logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -4,0 y menos 0,0. Cuando el valor de log(PH2O/PH2) es menos de -4,0, la reacción de oxidación del C no procede lo suficiente y, por lo tanto, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando el valor de log(PH2O/PH2) supera 0,0, debido a que los óxidos de Fe se forman de forma excesiva sobre la superficie de la chapa de acero, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Además, el C en el material base se oxida y desprende de forma excesiva del material base, lo que causa una disminución de la resistencia a la tracción del material base, y aumenta la tensión interna de la chapa de acero debido a la excesiva oxidación interna de Si, Mn, P, S, y Al, lo que causa un deterioro en la adhesión de la capa galvanizada. Cuando el valor de log(PH2O/PH2) es menos de o igual a 0,0, se pueden evitar esos problemas, pero cuando el valor de log(PH2O/PH2) es más de o igual a -2,0, se hace notable el deterioro del revestimiento del horno de calentamiento (normalmente fabricado por SUS Corporation), lo que no es preferible en términos de la industria. En la presente invención, el valor de log(PH2O/PH2) en el horno de calentamiento está en el intervalo de menos de 0,0.
Como se muestra en la Figura 10, la concentración de hidrógeno en la atmósfera del horno de calentamiento es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen. Cuando la concentración de hidrógeno es menos del 3 % en volumen, es difícil controlar la concentración de hidrógeno y el valor de log(PH2O/PH2) varía ampliamente dentro del horno. Por lo tanto, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando la concentración de hidrógeno supera el 30 % en volumen, aumenta la cantidad de hidrógeno a alimentar, lo que no es económico. Además, el hidrógeno entra dentro de la chapa de acero, produciendo de ese modo la fragilización por hidrógeno, y se deterioran la resistencia de la chapa de acero y la adhesión de la capa galvanizada.
La velocidad del aumento de la temperatura de la chapa en el horno de calentamiento no está particularmente limitada. Sin embargo, si la velocidad es demasiado lenta, se deteriora la productividad, y si la velocidad es demasiado rápida, el costo requerido para la planta de calentamiento se hace muy caro. Por consiguiente, la velocidad es preferiblemente más de o igual a 0,5°C/s y menos de o igual a 20°C/s.
La temperatura inicial de la chapa en el momento de entrar en el horno de calentamiento no está particularmente limitada. Sin embargo, si la temperatura es demasiado alta, se forman óxidos de Fe de una forma excesiva sobre la chapa de acero base y se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada, y si la temperatura es demasiado baja, el costo requerido para el enfriamiento se hace muy caro. Por consiguiente, la temperatura es preferiblemente mayor de o igual a 0°C y menor de o igual al 200°C.
Posteriormente, se describirán las condiciones del horno de foso que sigue al horno de calentamiento.
En el horno de foso, se reduce el valor de log(PH2o/PH2) de la atmósfera en el horno para reducir los óxidos que se forman por la oxidación interna y la oxidación externa de Si, Mn, P, S, y Al inmediatamente debajo del superficie de la chapa de acero base formados en el horno de calentamiento. Con una reducción suficiente, se pueden obtener excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada.
Como se muestra en la Figura 8, en el horno de foso, el período de tiempo en el que la temperatura de la chapa de acero está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos. Cuando el período de tiempo es menos de 100 segundos, no es suficiente la reducción de los óxidos de Si, Mn, P, S, y Al, y, por lo tanto, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando el período de tiempo supera los 1.000 segundos, se deteriora la productividad, y el contenido de C inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base aumenta por la difusión térmica del C. En consecuencia, se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada.
Como se muestra en la Figura 9, en el horno de foso, la atmósfera en la que la chapa de acero está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, y un logaritmo log(PH20/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -8,0 y menos de -4,0. Cuando el valor de log(PH2o/PH2) es menos de -8,0, además de ser pobre en la practicidad industrial, en el caso de que se utilicen cerámicas para el cuerpo del horno, se reducen las cerámicas, y disminuye la vida útil del horno Cuando el valor de log(PH2o/PH2) es más de o igual a -4,0, no es suficiente la reducción de Si, Mn, P, S, y Al, y Si, Mn, y Al se oxidan externamente, de modo que se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Además, el C en la chapa de acero base se separa de la chapa de acero base por una reacción de oxidación, lo que causa una disminución de la resistencia a la tracción de la chapa de acero base. El valor de log(PH2o/PH2) de la atmósfera del horno de foso es más preferiblemente más de o igual a -7,0 y menos de -4,0.
Como se muestra en la Figura 10, la concentración de hidrógeno en la atmósfera del horno de foso es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen. Cuando la concentración de hidrógeno es menos del 3 % en volumen, es difícil controlar la concentración de hidrógeno, y el valor de log(PH2o/PH2) varía ampliamente dentro del horno, por lo que se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Cuando la concentración de hidrógeno supera el 30 % en volumen, aumenta la cantidad de hidrógeno a alimentar, lo que no es económico. Además, el hidrógeno entra dentro de la chapa de acero, por lo que se produce la fragilización por hidrógeno, y se deterioran la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada.
El control individual de las condiciones atmosféricas en el horno de calentamiento y en el horno de foso de la planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente es un rasgo característico del método de fabricación de la chapa de acero galvanizado por inmersión en caliente de la presente invención. Para el control individual, es necesario cargar los hornos con nitrógeno, vapor de agua e hidrógeno mientras se controlan las concentraciones de los mismos. Además, el valor de log(PH2O/PH2) del potencial de oxígeno en el horno de calentamiento tiene que ser mayor que el valor de log(PH2O/PH2) del potencial de oxígeno en el horno de foso. Por esta razón, cuando el gas fluye desde el horno de calentamiento hacia el horno de foso, se puede introducir una atmósfera adicional de una concentración mayor de hidrógeno o de una concentración menor de vapor de agua que la del interior del horno de calentamiento desde entre el horno de calentamiento y el horno de foso y hacia el horno de foso. Cuando el gas fluye desde el horno de foso hacia el horno de calentamiento, se puede introducir una atmósfera adicional de una concentración más baja de hidrógeno o una concentración más alta de vapor de agua que la del interior del horno de foso desde entre el horno de calentamiento y el horno de foso y hacia el horno de calentamiento.
Después que la chapa de acero base abandona el horno de calentamiento y el horno de foso, se puede hacer pasar la chapa de acero base a través de las etapas generales ordinarias hasta ser sumergida en el baño de galvanización por inmersión en caliente. Por ejemplo, se puede hacer pasar la chapa de acero base a través de una etapa de enfriamiento lento, una etapa de enfriamiento rápido, una etapa de sobrecurado, una segunda etapa de enfriamiento, una etapa de enfriamiento rápido con agua, una etapa de recalentamiento, y similares, de manera individual o en cualquier combinación. También es posible hacer pasar de una manera similar la chapa de acero base a través de etapas ordinarias generales después de sumergirla en un baño de galvanización por inmersión en caliente.
La chapa de acero base se hace pasar por el horno de calentamiento y por el horno de foso, luego se enfría y, según las necesidades, se mantiene a temperatura, se sumerge en un baño de galvanización por inmersión en caliente donde se galvaniza por inmersión en caliente, y luego se somete a tratamiento de aleación según la necesidad.
Con el tratamiento de galvanización por inmersión en caliente, se prefiere usar un baño de galvanización por inmersión en caliente que tenga una temperatura de baño de más de o igual a 440°C y menos de 550°C, una concentración de Al en el baño de más del o igual al 0,08 % y menos del o igual al 0,24 %, e impurezas inevitables.
Cuando la temperatura del baño es menos de 440°C, se puede solidificar el zinc fundido en el baño, por lo que se hace difícil controlar la cantidad de adhesión del galvanizado. Cuando la temperatura del baño supera los 550°C, se hace muy grande la evaporación del zinc fundido en la superficie del baño, aumenta el costo operativo, y el zinc vaporizado se adhiere al interior del horno, por lo que hay problemas en la operación.
Cuando la chapa de acero galvanizado por inmersión en caliente se somete al tratamiento de galvanización, si la concentración del Al en el baño es menos del 0,08 %, se forma una gran cantidad de capa Z y se deteriora la adhesión de la capa galvanizada, mientras que, si la concentración del Al en el baño supera el 0,24 %, aumenta el Al que se oxida en el baño o sobre el baño y se deteriora la humectabilidad del galvanizado.
Como se muestra en la Figura 11, cuando se realiza el tratamiento de galvanización por inmersión en caliente, a continuación del tratamiento de aleación es necesario que el tratamiento de aleación se realice a una temperatura mayor o igual a 440°C y menos de o igual a 600°C. Cuando la temperatura es menos de 440°C, la aleación procede lentamente. Cuando la temperatura supera los 600°C, debido a la excesiva aleación, se forma de una forma excesiva una capa aleada de Zn-Fe dura y quebradiza en la interfaz con la chapa de acero base, y se deteriora la adhesión de la capa galvanizada. Además, cuando la temperatura supera los 600°C, se rompe la fase de austenita residual de la chapa de acero base, por lo que también se deteriora el equilibrio de la resistencia y la ductilidad de la chapa de acero base.
Ejemplos
De aquí en adelante, la presente invención se describirá específicamente por medio de los Ejemplos.
Se prepararon los materiales de prueba 1 a 94, que se muestran en las Tablas 1 (Tabla 1-1, Tabla 1-2), habiendo sido sometidos los materiales de prueba 1 a 94 a colada, laminación en caliente, decapado y laminación en frío habituales, teniendo cada uno de ellos una chapa de acero laminada en frío (chapa de acero base) de un espesor de 1 mm. Se seleccionaron adecuadamente algunos de los materiales de prueba 1 a 94 y se sometieron a un tratamiento de recocido, a un tratamiento de galvanización por inmersión en caliente, y a un tratamiento de aleación bajo las condiciones de las Tablas 2 y de las Tablas 3, en una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente equipada con un horno de calentamiento de tipo tubo totalmente radiante con un método de calentamiento de relativamente alta productividad y reducido aumento de los rodillos tal como se explicó anteriormente. Al usar un tipo de horno de tubo totalmente radiante, como se explicó anteriormente, hay poco aumento de los rodillos, y la productividad también es buena.
Después del horno de foso, la chapa de acero de base se trató mediante enfriamiento general lento, enfriamiento rápido, sobrecurado, y segundas etapas de enfriamiento, y luego se sumergió en un baño de galvanización por inmersión en caliente. El baño de galvanización por inmersión en caliente tenía una temperatura de baño de galvanización de 4602C y contenía el 0,13 % de Al y el 0,03 % de Fe, además de Zn. Después de que se sumergiera la chapa de acero de base en el baño de galvanización por inmersión en caliente, se limpió la chapa de acero base con gas nitrógeno para ajustar el espesor del galvanizado. Después de eso, la chapa de acero base se sometió a un tratamiento de aleación calentándola en un horno de aleación durante 30 segundos. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente obtenida se evaluó para determinar la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada. Las Tablas 2 muestran los resultados de los Ejemplos, y las Tablas 3 muestran los resultados de los Ejemplos Comparativos.
La humectabilidad del galvanizado se evaluó mediante el mapeado del Zn y del Fe sobre una cualesquiera de las áreas de 200 gm x 200 gm de 10 ubicaciones que están separadas entre sí por 1 mm o más sobre la superficie de la chapa de acero galvanizado de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente mediante EPMA (por sus siglas en inglés). La humectabilidad del galvanizado se evaluó como sigue. Respecto al caso donde no hay Zn y el Fe está expuesto, el caso donde había cuatro o más ubicaciones de las 10 ubicaciones se evaluó como pobre en la humectabilidad del galvanizado (Pobre), el caso donde había de una a tres ubicaciones de las 10 ubicaciones se evaluó como bueno en cuanto a la humectabilidad del galvanizado (Bueno), y el caso en el que no había dicha ubicación se evaluó como excelente en cuanto a la humectabilidad del galvanizado (Excelente). "Bueno" y "Excelente" se evaluaron cada uno como aprobado en la humectabilidad del galvanizado, y "Pobre" se evaluó como fallido en la humectabilidad del galvanizado.
La adhesión de la capa galvanizada se midió mediante un ensayo de desintegración pulverulenta. El caso en donde una longitud de pelado superaba los 2 mm se evaluó como pobre en la adhesión de la capa galvanizada (Pobre), el caso donde una longitud de pelado era menos de o igual a 2 mm y más de 1 mm se evaluó como buena en la adhesión de capa galvanizada (Bueno), y el caso en donde una longitud de pelado era menos de o igual a 1 mm se evaluó como excelente en la adhesión de la capa galvanizada (Excelente). La prueba de la desintegración pulverulenta es un método de examen de la adhesión que implica pegar Cellotape (marca registrada) a la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente, doblar la superficie de la cinta a R = 1, 90°C, desdoblar la cinta, y luego desprenderla, y medir la longitud del pelado de la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente.
Se realizó una prueba de tracción tomando como muestra una pieza de prueba JIS N.° 5 de una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente con un espesor de 1,0 mm en las direcciones vertical y paralela a la dirección de la laminación para evaluar las propiedades de tracción. La prueba de tracción se realizó en cada una de las cinco piezas de prueba en la dirección vertical y en la dirección paralela, y se determinó un valor promedio de los resultados como resistencia a la tracción (TS, por sus siglas en inglés). Téngase en cuenta que, como chapa de acero con una gran anisotropía de material, hubo una tendencia a que variaran los valores del alargamiento.
Como se muestra en las Tablas 2 (Tabla 2-1, Tabla 2-2, Tabla 2-3, y Tabla 2-4) y en las Tablas 3 (Tabla 3-1 y Tabla 3-2), se descubrió que la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada de los Ejemplos (Tablas 2) según la presente invención fueron excelentes en comparación con los Ejemplos Comparativos (Tablas 3). Téngase en cuenta que, cuando el valor de log(PH2o/PH2) en el horno de calentamiento está en el intervalo de más de o igual a -4,0 y menos de o igual a 0,0, la humectabilidad del galvanizado y la adhesión de la capa galvanizada eran mejores en comparación con las del Ejemplo Comparativo, pero cuando el valor de log(PH2o/PH2) es más de o igual a -2,0, se hizo notable el deterioro de un recubrimiento del horno de calentamiento (normalmente fabricado por SUS Corporation).
[Tabla 1-1]
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[Tabla 1-2]
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[Tabla 2-1]
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[Tabla 2-2]
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[Tabla 2-3]
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[Tabla 2-4]
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[Tabla 3-1]
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[Tabla 3-2]
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Aplicabilidad industrial
La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente fabricada usando el método según la presente invención tiene una alta resistencia con una resistencia a la tracción de 590 MPa o más, y tiene una excelente humectabilidad del galvanizado y adhesión de la capa galvanizada. En consecuencia, se espera que la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente se aplique como material a usar en un campo de la automoción, en un campo de los electrodomésticos, y en un campo de los materiales de construcción.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Una chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente que comprende una chapa de acero base, en donde la chapa de acero base consiste en, en % en masa,
    C: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %,
    Si: más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %,
    Mn: más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %,
    Al: más del o igual al 0,001 y menos del o igual al 1,0 %,
    P: menos del o igual al 0,1 %,
    S: menos del o igual al 0,01 %,
    N: menos del o igual al 0,01 %, y
    opcionalmente uno o más de, en % en masa,
    Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %,
    B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
    Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
    Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %; y
    el resto incluye Fe e impurezas inevitables,
    en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente está provista de una capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente sobre una superficie de la chapa de acero base, la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente consiste en, % en masa, Fe: más del o igual al 5 % y menos del o igual al 15 %, opcionalmente Al: más del o igual al 0,02 % y menos del o igual al 1,0 %; y el resto incluye Zn e impurezas inevitables, y tiene un espesor de más de o igual a 3 gm y menos de o igual a 30 gm, y
    en donde la chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente comprende una capa A inmediatamente debajo de la superficie de la chapa de acero base, formándose la capa A en la chapa de acero base y con un espesor de más de o igual a 2 gm y menos de o igual a 20 gm desde la superficie de la chapa de acero base, la capa A contiene más del o igual al 50 % en volumen de una estructura de ferrita basado en un volumen de la capa A y el resto incluye estructuras inevitables, y contiene, basado en una masa de la capa A, más del o igual al 90 % en masa de Fe no oxidado, menos del o igual al 10 % en masa de un total de contenidos de óxidos de Fe, Si, Mn, P, S y, Al, y menos del 0,05 % en masa de C.2
  2. 2. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según la reivindicación 1, en donde la chapa de acero base contiene además uno o más de, en % en masa,
    Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %,
    B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
    Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
    Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %.
  3. 3. La chapa de acero aleado y galvanizado por inmersión en caliente según la reivindicación 1 o 2, en donde la capa aleada y galvanizada por inmersión en caliente contiene, además, en % en masa, Al: más del o igual al 0,02 % y menos del o igual al 1,0 %.
  4. 4. Un método de fabricación de una chapa de acero aleado y galvanizado en caliente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el método usa un material de acero base, consistiendo el material de acero base en, % en masa,
    C: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 0,50 %,
    Si: más del o igual al 0,2 % y menos del o igual al 3,0 %,
    Mn: más del o igual al 0,5 % y menos del o igual al 5,0 %,
    Al: más del o igual al 0,001 % y menos del o igual al 1,0 %,
    P: menos del o igual al 0,1 %,
    S: menos del o igual al 0,01 %,
    N: menos del o igual al 0,01 %, y
    opcionalmente uno o más de, en % en masa,
    Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,3 %,
    V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0,5 %,
    B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
    Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
    Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %; y
    el resto incluye Fe e impurezas inevitables,
    el método comprende:
    realizar colada, laminación en caliente, decapado, y laminación en frío para producir de ese modo el material de acero base;
    someter el material de acero base a un tratamiento de recocido en una planta de galvanización en continuo por inmersión en caliente equipada con un horno de calentamiento y un horno de foso, en donde, en el tratamiento de recocido, la temperatura del material de acero base se incrementa dentro de un intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C en el horno de calentamiento y en el horno de foso,
    y luego realizar un tratamiento de galvanización por inmersión en caliente; y
    someter el material de acero base a un tratamiento de aleación a una temperatura de más de o igual a 440°C y menos de o igual a 600°C,
    en donde el tratamiento de recocido se realiza bajo las siguientes condiciones:
    condiciones del horno de calentamiento: se usa un horno de calentamiento de tipo tubo totalmente radiante, un período de tiempo en que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de calentamiento contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log (Ph2o/Ph2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -4,0 y menos de 0,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen; y
    condiciones del horno de foso: un período de tiempo en que la temperatura del material de acero base está en el intervalo de más de o igual a 500°C y menos de o igual a 950°C es de 100 segundos a 1.000 segundos, una atmósfera del horno de foso contiene hidrógeno, vapor de agua, y nitrógeno, un logaritmo log(PH2O/PH2) de un valor obtenido al dividir una presión parcial de vapor de agua (Ph2o) por una presión parcial de hidrógeno (Ph2) es más de o igual a -8,0 y menos de -4,0, y una concentración de hidrógeno es más del o igual al 3 % en volumen y menos del o igual al 30 % en volumen.
  5. 5. Un método de fabricación de la chapa de acero aleado y galvanizado en caliente aleado según la reivindicación 4, en donde el material de acero base contiene además uno o más de, en % en masa,
    Cr: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Ni: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Cu: más del o igual al 0,05 % y menos del o igual al 1,0 %,
    Nb: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0.3 %,
    Ti: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0.3 %,
    V: más del o igual al 0,005 % y menos del o igual al 0.5 %,
    B: más del o igual al 0,0001 % y menos del o igual al 0,01 %,
    Ca: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Mg: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    La: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %,
    Ce: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %, y
    Y: más del o igual al 0,0005 % y menos del o igual al 0,04 %.
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