ES2902384T3 - Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta que comprende la siguiente etapa: A. el suministro de un recubrimiento de lámina de acero prerrecubierto con un primer recubrimiento que comprende hierro y níquel, B. el tratamiento térmico de dicha lámina de acero pre-recubierta a una temperatura entre 600 y 1000 °C, C. el recubrimiento de la lámina de acero obtenida en la etapa B) con un segundo recubrimiento a base de zinc.
Description
DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta. La invención es particularmente adecuada para la fabricación de vehículos automotores.
[0002] Los recubrimientos a base de zinc se utilizan generalmente porque permiten una protección contra la corrosión gracias a la protección de barrera y la protección catódica. El efecto barrera se obtiene mediante la aplicación del recubrimiento metálico sobre una superficie de acero. Por lo tanto, el recubrimiento metálico evita el contacto entre el acero y la atmósfera corrosiva. El efecto barrera es independiente de la naturaleza del recubrimiento y del sustrato. Por el contrario, la protección catódica de sacrificio se basa en el hecho de que el zinc es un metal menos noble que el acero. Por lo tanto, si se produce corrosión, el zinc se consume preferentemente antes en comparación con el acero. La protección catódica es esencial en áreas donde el acero está directamente expuesto a una atmósfera corrosiva, como los bordes cortados donde el zinc circundante se consumirá antes que el acero.
[0003] Sin embargo, cuando se realizan etapas de calentamiento en dichas láminas de acero recubiertas de zinc, por ejemplo, endurecimiento por prensado en caliente o soldadura, se observan grietas en el acero que se extienden desde la interfaz de acero/recubrimiento. De hecho, ocasionalmente, hay una reducción de las propiedades mecánicas del metal debido a la presencia de grietas en la lámina de acero recubierta después de la operación anterior. Estas grietas aparecen con las siguientes condiciones: alta temperatura; contacto con un metal líquido que tiene un punto de fusión bajo (como el zinc) además de la presencia de tensión de tracción; difusión heterogénea de metal fundido en el grano del sustrato y los límites del grano. La designación de dicho fenómeno se conoce como fragilización de metales líquidos (LME), también llamada agrietamiento asistido por metales líquidos (LMAC).
[0004] El documento US2012100391 describe un procedimiento para fabricar una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente que tiene buenas cualidades de recubrimiento, adherencia de recubrimiento y soldabilidad por puntos, comprendiendo el procedimiento:
- recubrir una lámina de acero base con Ni en una cantidad de recubrimiento (Cní) de 0,1-1,0 g/m2;
- calentar la lámina de acero recubierta de Ni en una atmósfera reductora;
- enfriar la lámina de acero calentada a la temperatura (Xs) a la que se alimenta la lámina de acero en un baño de galvanización; y
- alimentar y sumergir la lámina de acero enfriada en el baño de galvanización que tiene una concentración de Al efectiva (Caí) de 0,11-0,14 % en peso y una temperatura (Tp) de 440-460 °C, en el que la temperatura (Xs) a la que se alimenta la lámina de acero en el baño de galvanización satisface la siguiente relación: Cni (Xs-T p)/2Cal=5-100. También describe una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente en el que la fase de aleación es una fase de aleación de Fe-Zn que representa el 1-20 % del área de sección transversal de la capa galvanizada.
[0005] Sin embargo, en el procedimiento anterior, la galvanización se llevó a cabo en un baño que contenía del 0,11 al 0,14 % en peso de Al y, por lo tanto, la capa de inhibición fue muy semanal y se formaron fases intermetálicas de Fe-Zn. A escala industrial, este procedimiento es difícil de aplicar ya que la soldabilidad por puntos depende de parámetros de control, incluida la cantidad de Ni en el recubrimiento, la concentración de Al del baño de galvanización y la diferencia entre la temperatura del baño de galvanización y la temperatura a la que se alimenta la lámina de acero en el baño de galvanización. Además, la soldabilidad por puntos realizada se evalúa en función de la vida útil del electrodo, es decir, el número de puntos de soldadura continua en el momento en que se midió el diámetro de la pepita de 4Vt (t: espesor de la lámina de acero). No se menciona una reducción de la presencia de grietas en la lámina de acero recubierta después de la soldadura por puntos.
[0006] Por lo tanto, el objetivo de la invención es proporcionar una lámina de acero recubierta con un recubrimiento metálico que no tenga problemas de LME. Su objetivo es poner a disposición, en particular, un procedimiento fácil de implementar para obtener una pieza que no tenga problemas de LME después del conformado y/o la soldadura.
[0007] Este objetivo se logra proporcionando un procedimiento según la reivindicación 1. El procedimiento también puede comprender cualquiera de las características de las reivindicaciones 2 a 18.
[0008] Otro objetivo se logra proporcionando una lámina de acero según la reivindicación 19. La lámina de acero también puede comprender cualquiera de las características de las reivindicaciones 20 a 25.
[0009] Otro objetivo se logra proporcionando una unión soldada por puntos según la reivindicación 26. La unión soldada por puntos también puede comprender las características de las reivindicaciones 27 a 29.
[0010] Finalmente, otro objetivo se logra proporcionando el uso de la lámina de acero o el conjunto según la
reivindicación 30.
[0011] Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.
[0012] La designación «acero» o «lámina de acero» significa una lámina de acero, una bobina, una placa que tiene una composición que permite que la pieza alcance una resistencia a la tracción de hasta 2500 MPa y más preferentemente hasta 2000 MPa. Por ejemplo, la resistencia a la tracción es superior o igual a 500 MPa, preferentemente superior o igual a 980 MPa, ventajosamente superior o igual a 1180 MPa e incluso superior o igual a 1470 MPa.
[0013] La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta que comprende la siguiente etapa:
A. el suministro de un recubrimiento de lámina de acero prerrecubierto con un primer recubrimiento que comprende hierro y níquel,
B. el tratamiento térmico de dicha lámina de acero pre-recubierta a una temperatura entre 600 y 1000 °C, C. el recubrimiento de la lámina de acero obtenida en la etapa B) con un segundo recubrimiento a base de zinc.
[0014] Sin querer limitarse a ninguna teoría, es una característica esencial de la presente invención depositar el primer recubrimiento de hierro y níquel en la lámina de acero antes del tratamiento térmico ya que durante el tratamiento térmico, por un lado, el Ni se difunde hacia la lámina de acero permitiendo una capa de aleación de Fe-Ni. Por otro lado, una cierta cantidad de Ni todavía está presente en la interfaz entre el acero y la interfaz de recubrimiento, lo que evita la penetración de zinc líquido en el acero durante cualquier etapa de calentamiento que sea, por ejemplo, una soldadura. Por lo tanto, al aplicar el procedimiento según la presente invención, es posible obtener una capa de barrera para LME.
[0015] El primer recubrimiento que comprende hierro y níquel se deposita mediante cualquier procedimiento de depósito conocido por el experto en la materia. Se puede depositar por deposición al vacío o procedimiento de galvanoplastia. Preferentemente, se deposita mediante el procedimiento de galvanoplastia.
[0016] Preferentemente, en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 10% al 75%, más preferentemente de entre el 25 al 65 % y, ventajosamente, de entre el 40 al 60 % en peso de hierro.
[0017] Preferentemente, en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 25 al 90%, preferentemente del 35 al 75 % y, ventajosamente del 40 al 60 % en peso de níquel.
[0018] En una realización preferida de la invención, en la etapa A), el primer recubrimiento consiste en hierro y níquel.
[0019] Preferentemente, en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor igual o superior a 0,5 pm. Más preferentemente, el primer recubrimiento tiene un espesor entre 0,8 y 5,0 pm y ventajosamente entre 1,0 y 2,0 pm.
[0020] Preferentemente, en la etapa A), la composición de la lámina de acero comprende en peso:
0,10 < C < 0,40 %,
1,5 < Mn < 3,0%,
0,7 < Si < 2,0 %,
0,05 < Al < 1,0 %,
0,75 < (Si Al) < 3,0 %,
y sobre una base puramente opcional, uno o más elementos tales como
Nb < 0,5 %,
B < 0,005 %,
Cr< 1,0%,
Mo < 0,50 %,
Ni < 1,0 %,
Ti < 0,5%,
constituyendo el resto de la composición hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.
[0021] Preferentemente, en la etapa B), el tratamiento térmico es un recocido continuo. Por ejemplo, el recocido continuo comprende una etapa de calentamiento, remojo y enfriamiento. Puede comprender además una etapa de precalentamiento.
[0022] Ventajosamente, el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 30 % de H2 en un punto de rocío entre -10 y -60 °C. Por ejemplo, la atmósfera comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -40 °C y -60 °C.
[0023] Ventajosamente, en la etapa C), la segunda capa comprende más del 50 %, más preferentemente más del 75 % de zinc y ventajosamente más del 90 % de zinc. La segunda capa se puede depositar mediante cualquier procedimiento de depósito conocido por el experto en la materia. Puede ser por recubrimiento por inmersión en caliente, por deposición al vacío o por electrogalvanización.
[0024] Por ejemplo, el recubrimiento a base de zinc comprende del 0,01 al 8,0 % de Al, opcionalmente 0,2 8,0 % de Mg, siendo el resto Zn.
[0025] Preferentemente, el recubrimiento a base de zinc se deposita mediante galvanización por inmersión en caliente. En esta realización, el baño fundido también puede comprender impurezas y elementos residuales inevitables de los lingotes de alimentación o del paso de la lámina de acero en el baño fundido. Por ejemplo, las impurezas opcionales se eligen de entre Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr o Bi, siendo el contenido en peso de cada elemento adicional inferior al 0,3 % en peso. Los elementos residuales de los lingotes de alimentación o del paso de la lámina de acero en el baño fundido pueden ser de hierro con un contenido de hasta el 5,0 %, preferentemente el 3,0 % en peso.
[0026] En una realización preferida de la invención, la segunda capa consiste en zinc. Cuando el recubrimiento se deposita mediante galvanización por inmersión en caliente, el porcentaje de Al está comprendido entre el 0,15 y 0,40 % en peso en el baño. Además, el hierro presente en el primer recubrimiento reacciona con el aluminio para formar la capa de inhibición de Fe2Al5 y así proporcionar un comportamiento de humectación reactivo durante la galvanización por inmersión en caliente.
[0027] Con el procedimiento según la presente invención, se obtiene una lámina de acero recubierta con una capa de aleación difusa que comprende hierro y níquel, estando dicha capa directamente cubierta por una capa a base de zinc. Se cree que la capa de aleación difusa actúa como una capa de barrera para LME y mejora la adhesión del recubrimiento.
[0028] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 50 % de austenita residual, del 1 al 60 % de martensita y opcionalmente al menos un elemento elegido de entre: bainita, ferrita, cementita y perlita. En este caso, la martensita puede estar revenida o no.
[0029] En una realización preferida de la invención, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 5 al 25 % de austenita residual.
[0030] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 60 % y más preferentemente de entre el 10 al 60 % de martensita revenida.
[0031] Ventajosamente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 10 al 40 % de bainita, comprendiendo dicha bainita del 10 al 20 % de bainita inferior, del 0 al 15 % de bainita superior y del 0 al 5 % de bainita libre de carburo.
[0032] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 25 % de ferrita.
[0033] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 15% de martensita no revenida.
[0034] Después de la fabricación de una lámina de acero, con el fin de producir algunas piezas de un vehículo, se conoce el ensamblaje mediante la soldadura de dos láminas de metal. Por lo tanto, se forma una unión soldada por puntos durante la soldadura de al menos dos láminas de metal, siendo dicho punto el enlace entre las al menos dos
láminas de metal.
[0035] Para producir una unión soldada por puntos según la invención, la soldadura se realiza con una intensidad efectiva comprendida entre 3 kA y 15 kA y la fuerza aplicada sobre los electrodos está comprendida entre 150 y 850 daN estando comprendido dicho diámetro de la cara activa del electrodo entre 4 y 10 mm.
[0036] Por lo tanto, se obtiene una unión soldada por puntos de al menos dos láminas metálicas, que comprende la lámina de acero recubierta según la presente invención, conteniendo dicha unión menos de 3 grietas que tienen un tamaño superior a 100 pm y en la que la grieta más larga tiene una longitud inferior a 500 pm.
[0037] Preferentemente, la segunda lámina metálica es una lámina de acero o una lámina de aluminio. Más preferentemente, la segunda lámina metálica es una lámina de acero según la presente invención.
[0038] En otra realización, la unión soldada por puntos comprende una tercera lámina metálica que es una lámina de acero o una lámina de aluminio. Por ejemplo, la tercera lámina metálica es una lámina de acero según la presente invención.
[0039] La lámina de acero o la unión soldada por puntos según la presente invención se pueden usar para la fabricación de piezas para vehículos automotores.
[0040] La invención se explicará ahora en ensayos realizados únicamente con fines informativos. No son limitantes.
Ejemplo
[0041] Para todas las muestras, las láminas de acero utilizadas tienen la siguiente composición en porcentaje en peso: C =0,37 %, Mn=1,9 % en peso, Si=1,9 % en peso, Cr=0,35 % en peso, AI=0,05 % en peso y Mo=0,1 % en peso.
[0042] Los Ensayos 1 y 2 se prepararon mediante el depósito de un primer recubrimiento que comprende 45 % de Fe, siendo el resto Ni. A continuación, se realizó un recocido continuo en una atmósfera que comprendía 5 % de H2 y 95 % de N2 en un punto de rocío de -45 °C. La lámina de acero pre-recubierta se calentó a una temperatura de 900 °C. Finalmente, se depositó un recubrimiento de zinc mediante galvanización por inmersión en caliente, comprendiendo el baño de zinc 0,2 % de Al. La temperatura del baño fue de 460 °C.
[0043] Para fines de comparación, el Ensayo 3 se preparó mediante el depósito de un recubrimiento de zinc mediante electrogalvanización después del recocido continuo de la lámina de acero anterior.
[0044] Se evaluó la resistencia a LME de los Ensayos 1 a 3. Con este fin, para cada ensayo, se soldaron dos láminas de acero recubiertas mediante soldadura por puntos de resistencia. El tipo de electrodo era ISO tipo B con un diámetro de 16 mm; la fuerza del electrodo era de 5 kN y el caudal de agua de 1,5 g/min. El ciclo de soldadura se informa en la Tabla 1.
Tabla 1. Pro rama de soldadura
[0045] A continuación, se evaluó el número de grietas por encima de 100 pm utilizando un microscopio óptico, así como SEM (microscopía electrónica de barrido) como se informa en la tabla 2.
[0046] Los ensayos según la presente invención muestran una excelente resistencia a LME en comparación con el Ensayo 3.
[0047] A continuación, para cada ensayo, se soldaron tres láminas de acero recubiertas mediante soldadura por puntos de resistencia bajo configuración de apilamiento de tres capas. A continuación, se evaluó el número de grietas por encima de 100 pm utilizando un microscopio óptico y SEM (microscopía electrónica de barrido) como se informa en la tabla 3.
Tabl . D ll ri LME l l r r n n i i n il mi n pas)
[0048] Los ensayos según la presente invención muestran una excelente resistencia a LME en comparación con el Ensayo 3.
[0049] Finalmente, los Ensayos 1 y 2 se doblaron en un ángulo de 90° seguido. A continuación se aplicó una cinta adhesiva y se retiró para verificar la adhesión del recubrimiento con el acero del sustrato. La adhesión del recubrimiento de esos ensayos fue excelente.
Claims (30)
1. Procedimiento para la fabricación de una lámina de acero recubierta que comprende la siguiente etapa: A. el suministro de un recubrimiento de lámina de acero prerrecubierto con un primer recubrimiento que comprende hierro y níquel,
B. el tratamiento térmico de dicha lámina de acero pre-recubierta a una temperatura entre 600 y 1000 °C, C. el recubrimiento de la lámina de acero obtenida en la etapa B) con un segundo recubrimiento a base de zinc.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 10 % al 75 % en peso de hierro.
3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 25 al 65 % en peso de hierro.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 40 al 60 % en peso de hierro.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 25 al 90 % en peso de níquel.
6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 35 al 75 % en peso de níquel.
7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento comprende del 40 al 60 % en peso de níquel.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento consiste en hierro y níquel.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor igual o superior a 0,5 pm.
10. El procedimiento según la reivindicación 9, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor entre 0,8 y 5,0 pm.
11. El procedimiento según la reivindicación 10, en el que en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor entre 1,0 y 2,0 pm.
12. El procedimiento según cualquiera de la reivindicación 1 a 11, en el que en la etapa A), la composición de la lámina de acero comprende:
0,10 < C < 0,40%,
1,5 < Mn < 3,0 %,
0,7 < Si < 2,0 %,
0,05 < Al < 1,0 %
0,75 < (Si+Al) < 3,0 %,
y sobre una base puramente opcional, uno o más elementos tales como
Nb < 0,5 %,
B < 0,005 %,
Cr< 1,0%,
Mo < 0,50 %,
Ni < 1,0%
Ti < 0,5%,
constituyendo el resto de la composición hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.
13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que en la etapa C), la segunda capa comprende más del 50 % de zinc.
14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que en la etapa C), la segunda capa comprende más del 75% de zinc.
15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que en la etapa C), la segunda capa comprende más del 90 % de zinc.
16. El procedimiento según la reivindicación 15, en el que en la etapa C), la segunda capa consiste en zinc.
17. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que en la etapa B), el tratamiento térmico es un recocido continuo.
18. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que en la etapa B), el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 30 % de H2 en un punto de rocío entre -10 y -60 °C.
19. Una lámina de acero que se puede obtener del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 recubierta con una capa de aleación difusa que comprende hierro y níquel, estando dicha capa directamente cubierta por una capa a base de zinc.
20. La lámina de acero según la reivindicación 19, en la que la microestructura de acero comprende del 1 al 50 % de austenita residual, del 1 al 60 % de martensita y opcionalmente al menos un elemento elegido de entre: bainita, ferrita, cementita y perlita.
21. La lámina de acero según la reivindicación 20, en la que la microestructura comprende del 5 al 25 % de austenita residual.
22. La lámina de acero según la reivindicación 20 o 21, en la que la microestructura comprende del 1 al 60 % de martensita revenida.
23. La lámina de acero según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, en la que la microestructura comprende del 10 al 40 % de bainita.
24. La lámina de acero según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, en la que la microestructura comprende del 1 al 25 % de ferrita.
25. La lámina de acero según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24, en la que la microestructura comprende del 1 al 15 % de martensita no revenida.
26. Unión soldada por puntos de al menos dos láminas de metal que comprende al menos una lámina de acero según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25 u obtenible del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, conteniendo dicha unión menos de 3 grietas que tienen un tamaño superior a 100 pm y en la que la grieta más larga tiene una longitud inferior a 500 pm.
27. La unión soldada por puntos según la reivindicación 26, en la que la segunda lámina metálica es una lámina de acero o una lámina de aluminio.
28. La unión soldada por puntos según la reivindicación 27, en la que la segunda lámina metálica es una lámina de acero según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25 u obtenible del procedimiento según las reivindicaciones 1 a 18.
29. La unión soldada por puntos según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, que comprende una tercera lámina metálica que es una lámina de acero o una lámina de aluminio.
30. Uso de una lámina de acero recubierta según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25 o un punto soldado por puntos según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29 para la fabricación de una pieza para un vehículo automotor.
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