ES2909333T3 - Procedimiento para la fabricación de lámina de acero galvanizado o galvanizado y recocido mediante regulación DFF - Google Patents
Procedimiento para la fabricación de lámina de acero galvanizado o galvanizado y recocido mediante regulación DFF Download PDFInfo
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Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente o galvanizado y recocido que tiene una microestructura TRIP con plasticidad inducida por transformación, que comprende ferrita, austenita residual y opcionalmente martensita y/o bainita, dicho procedimiento comprendiendo las etapas que consisten en: - proporcionar una lámina de acero cuya composición comprende, en peso: 0,01 < C < 0,22 % 0,50 < Mn < 2,0 % 0,2 < Si < 2,0 % 0,005 < Al < 2,0 % Mo <= 1,0 % Cr <= 1,0 % P < 0,02 % Ti < 0,20 % V < 0,40% Ni <= 1,0 % Nb <= 0,20 % lo restante de la composición siendo hierro e impurezas inevitables resultantes de la fundición, - oxidar dicha lámina de acero en un horno de fuego directo donde la atmósfera comprende aire y combustible con una relación aire a combustible entre 0,80 y 0,95, de modo que se forma una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,05 a 0,2 μm en la superficie de la lámina de acero, y se forma un óxido interno de al menos un tipo de óxido que se selecciona de entre el grupo que consiste en óxido de Si, óxido de Mn, óxido de Al, óxido del complejo que comprende Si y Mn, óxido del complejo de Si y Al, óxido del complejo que comprende Mn y Al, y óxido del complejo que comprende Si, Mn y Al, donde la oxidación de la lámina de acero se realiza calentándola desde la temperatura ambiente hasta una temperatura de calentamiento T1, - reducir dicha lámina de acero oxidado, a una velocidad de reducción de 0,001 a 0,01 μm/s para hacer que el óxido interno continúe creciendo en profundidad de la lámina de acero, y para lograr una reducción completa de la capa de óxido de hierro, donde la reducción de dicha lámina de acero oxidado consiste en un tratamiento térmico realizado en un horno donde la atmósfera comprende de 2 a menos del 15 % en volumen de hidrógeno, lo restante de la composición siendo nitrógeno e impurezas inevitables, donde dicho tratamiento térmico comprende una fase de calentamiento desde la temperatura de calentamiento T1 hasta una temperatura de remojo T2, una fase de remojo a dicha temperatura de remojo T2 durante un tiempo de remojo t2, y una fase de enfriamiento desde dicha temperatura de remojo T2 hasta una temperatura de enfriamiento T3, donde dicha temperatura T1 se encuentra entre 680 y 800 °C y donde dicha temperatura de remojo T2 es de entre 770 y 850 °C, - galvanizar por inmersión en caliente dicha lámina de acero reducida para formar una lámina de acero recubierta de zinc, y - opcionalmente, someter dicha lámina de acero recubierta por inmersión en caliente a un tratamiento de aleación para formar una lámina de acero galvanizado y recocido.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la fabricación de lámina de acero galvanizado o galvanizado y recocido mediante regulación DFF [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente o galvanizado y recocido que tiene una microestructura TRIP.
[0002] Para cumplir con el requisito de aligeramiento de las estructuras de vehículos de tierra impulsados por motor, es conocido el uso de aceros TRIP (el término TRIP representa la plasticidad inducida por la transformación), que combinan una resistencia mecánica muy alta con la posibilidad de niveles muy altos de deformación. Los aceros TRIP tienen una microestructura que comprende ferrita, austenita residual y opcionalmente martensita y/o bainita, lo que les permite alcanzar una resistencia a la tracción de 600 a 1000 MPa. Este tipo de acero se utiliza ampliamente para la producción de piezas que absorben energía, tales como, por ejemplo, piezas estructurales y de seguridad tales como elementos longitudinales y refuerzos.
[0003] Antes de la entrega a los fabricantes de automóviles, las láminas de acero se recubren con un recubrimiento a base de zinc generalmente realizado por galvanizado por inmersión en caliente, para aumentar la resistencia a la corrosión. Después de salir del baño de zinc, las láminas de acero galvanizado a menudo se someten a un recocido que promueve la aleación del recubrimiento de zinc con el hierro del acero (llamado recocido galvanizado). Este tipo de recubrimiento hecho de una aleación de zinc-hierro ofrece una mejor soldabilidad que un recubrimiento de zinc.
[0004] La mayoría de las láminas de acero TRIP se obtienen añadiendo una gran cantidad de silicio al acero. El silicio estabiliza la ferrita y la austenita a temperatura ambiente, y evita que la austenita residual se descomponga para formar un carburo. Sin embargo, las láminas de acero TRIP que contienen más del 0,2 % en peso de silicio, se galvanizan con dificultad, porque, en la superficie de la lámina de acero durante el recocido que tiene lugar justo antes del recubrimiento, se forman óxidos de silicio. Estos óxidos de silicio muestran una escasa humectabilidad hacia el zinc fundido y deterioran el rendimiento de recubrimiento de la lámina de acero.
[0005] El uso de acero TRIP con bajo contenido de silicio (menos del 0,2 % en peso) también puede ser una solución para resolver el problema anterior. Sin embargo, esto tiene un inconveniente importante: un alto nivel de resistencia a la tracción, es decir, alrededor de 800 MPa, solo puede lograrse si se aumenta el contenido de carbono. Pero, esto tiene el efecto de disminuir la resistencia mecánica de los puntos soldados.
[0006] Por otro lado, la velocidad de aleación durante el procedimiento de galvanizado se ralentiza fuertemente independientemente de la composición de acero TRIP debido a la oxidación selectiva externa que actúa como una barrera de difusión al hierro, y la temperatura del galvanizado debe aumentarse. El aumento de la temperatura de galvanizado es perjudicial para la conservación del efecto TRIP debido a la descomposición de la austenita residual a una alta temperatura. Con el fin de preservar el efecto TRIP, una gran cantidad de molibdeno (más del 0,15 % en peso) debe añadirse al acero, de modo que la precipitación de carburo se pueda retrasar. Sin embargo, esto tiene un efecto sobre el costo de la lámina de acero.
[0007] De hecho, el efecto TRIP se observa cuando la lámina de acero TRIP se está deformando, a medida que la austenita residual se transforma en martensita bajo el efecto de la deformación, y la resistencia de la lámina de acero TRIP aumenta.
[0008] La solicitud de patente BE1014997 describe un recocido continuo de la tira de acero antes del galvanizado por inmersión en caliente que consiste en someter la tira a un precalentamiento por fuego directo o por radiación para formar en su superficie una película controlada de óxido que contiene 0,1 a 1 g/m2 de oxígeno, el contenido de oxígeno se controla modificando la relación de aire a gas de la mezcla alimentada al sistema de calentamiento por fuego directo o mediante inyección controlada de aire en la zona de calentamiento por radiación. A continuación, la tira se somete a calentamiento por radiación bajo una atmósfera compuesta por un gas inerte o una mezcla de gas inerte en relación con el acero, cuyo punto de rocío es menor o igual a -10 °C. Finalmente, la tira se somete a una operación de reducción completa del óxido de hierro presente en la película de óxido, formado en la zona de precalentamiento y madurado en la zona de recocido, mediante una atmósfera reductora formada por una mezcla con un punto de rocío bajo, inferior a -20 °C, de nitrógeno e hidrógeno con un porcentaje de hidrógeno de entre el 5 y el 5 %.
[0009] La solicitud de patente GB1170057 describe un procedimiento de procesamiento de una tira o lámina de acero antes de un tratamiento superficial de la misma, donde el procedimiento de la tira o lámina se hace pasar a través de un primer horno abierto en el cual la relación de combustible a aire se controla para proporcionar una atmósfera de horno que, con respecto al acero, es ligeramente oxidante, es decir, está destinada y dispuesta para producir sobre el acero una capa de óxido de hierro de espesor no mayor de 10 pulgadas además de 105 cualquier capa de superficie de óxido de hierro que pueda haber estado previamente presente, y en el cual el procedimiento de la tira o lámina se hace pasar a continuación a través de un segundo horno donde se mantiene una atmósfera que se
reduce ligeramente, es decir, suficiente en las condiciones de funcionamiento del segundo horno para reducir la capa de óxido de hierro presente sobre la tira o lámina cuando sale del primer horno.
[0010] La solicitud de patente US4437905 describe una tira de acero baja en carbono laminada en frío que se templa continuamente calentando rápidamente la tira de acero con un producto de combustión gaseosa que se ha preparado a una relación de aire de combustión de 0,8 o más pero menos de 1,0 en un horno de cocción directa a una temperatura de 500 °C hasta un punto Ac3 de la tira de acero a una velocidad de calentamiento promedio de 30 a 100 °C/s para provocar el espesor de una capa de óxidos producidos en la superficie periférica de la tira de acero que no exceda 1.000 angstroms; manteniendo la temperatura de la tira de acero calentada rápidamente en un intervalo de 700 °C al punto Ac3, en una atmósfera reductora que comprende el 4 % o más de hidrógeno, con lo restante siendo nitrógeno, durante al menos 10 segundos, para reducir la capa de óxido; enfriando la tira de acero de al menos 600 °C a una temperatura deseada, a una velocidad de enfriamiento promedio de 10 a 300 °C/s mediante el uso de un medio de enfriamiento que comprende un gas y un líquido; y mediante la eliminación de una capa de óxido formada en la superficie periférica de la tira de acero durante el procedimiento de enfriamiento.
[0011] La solicitud de patente EP1612288 describe una lámina de acero galvanizado fundido y un procedimiento para producir esta lámina de acero galvanizado fundido mediante un sistema de producción de galvanizado continuo que permite la producción a un bajo costo sin modificación del sistema o se proporciona la adición de etapas, caracterizado por que dicha lámina de acero galvanizado fundido comprende, en % en peso, una lámina de acero que incluye C: del 0,05 al 0,40 %, Si: del 0,2 al 3,0 % y Mn: del 0,1 al 2,5 %, lo restante comprendiendo Fe e impurezas inevitables, que tienen en su superficie una capa de recubrimiento de Zn que contiene Al: del 0,01 a 1 % y el equilibrio de Zn e impurezas inevitables y que contienen dentro de la lámina de acero dentro de 2 pm de la interfase de dicha capa de recubrimiento y partículas de óxido de lámina de acero de al menos un tipo de óxido seleccionado de entre un óxido de Al, un óxido de Si, un óxido de Mn o un óxido del complejo que comprende al menos dos de Al, Si y Mn.
[0012] La solicitud de patente WO2007/064172 describe una lámina de acero que tiene una composición que comprende del 0,1 % al 0,5 % en peso de C, del 0,01 % al 1,0 % en peso de Si, del 0,5 % al 4,0 % en peso de Mn, el 0,1 % en peso o menos de P, el 0,03 % en peso o menos de S, el 0,1 % en peso de Al soluble, del 0,01 % al 0,1 % en peso de N, el 0,3 % en peso o menos de W, con lo restante siendo Fe y otras impurezas inevitables. Se describen además una parte prensada en caliente hecha de la lámina de acero y un procedimiento para fabricar la parte prensada en caliente.
[0013] Por lo tanto, el propósito de la presente invención es remediar los inconvenientes mencionados anteriormente y proponer un procedimiento para galvanizar por inmersión en caliente o galvanizar y recocer una lámina de acero que tiene un alto contenido de silicio (más del 0,2 % en peso) y una microestructura TRIP que muestra altas características mecánicas, que garantiza una buena humectabilidad de la lámina de acero superficial y no hay porciones no recubiertas, y, por consiguiente, garantiza una buena adherencia y una buena apariencia superficial del recubrimiento de aleación de zinc en la lámina de acero, y que preserva el efecto TRIP.
[0014] El objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente o galvanizado y recocido que tiene una microestructura TRIP que comprende ferrita, austenita residual y opcionalmente martensita y/o bainita, dicho procedimiento comprendiendo las etapas según la reivindicación 1.
[0015] Para obtener la lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente o galvanizado y recocido que tiene una microestructura TRIP según la invención, se proporciona una lámina de acero que comprende los siguientes elementos:
- Carbono con un contenido entre el 0,01 y el 0,22 % en peso. Este elemento es esencial para obtener buenas propiedades mecánicas, pero no debe estar presente en una cantidad demasiado grande para no desgarrar la soldabilidad. Para fomentar la resistencia y para obtener un límite elástico Re suficiente, y también para formar austenita residual estabilizada, el contenido de carbono no debe ser inferior al 0,01 % en peso. Una transformación bainítica tiene lugar a partir de una microestructura austenítica formada a alta temperatura, y se forman láminas de ferrita/bainita. Debido a la muy baja solubilidad del carbono en la ferrita en comparación con la austenita, el carbono de la austenita se rechaza entre las láminas. Debido al silicio y al manganeso, hay muy poca precipitación de carburo. Por consiguiente, la austenita interlamelar se enriquece progresivamente con carbono sin que se precipite ningún carburo. Este enriquecimiento es tal que la austenita se estabiliza, es decir, la transformación martensítica de esta austenita no tiene lugar al enfriarse a temperatura ambiente.
- Manganeso con un contenido entre el 0,50 y el 2,0 % en peso. El manganeso promueve la capacidad de endurecimiento, lo que permite lograr un alto límite elástico Re. El manganeso promueve la formación de austenita, contribuye a reducir la temperatura de inicio de la transformación martensítica Ms y a estabilizar la austenita. Sin embargo, es necesario evitar que el acero tenga un contenido demasiado alto de manganeso para evitar la segregación, que puede demostrarse durante el tratamiento térmico de la lámina de acero. Además, una adición excesiva de manganeso provoca la formación de una capa interna gruesa de óxido de manganeso que provoca
fragilidad, y la adherencia del recubrimiento a base de zinc no será suficiente.
- Silicio con un contenido entre el 0,2 y el 2,0 % en peso. Preferentemente, el contenido de silicio es superior al 0,5 % en peso. El silicio mejora el límite elástico Re del acero. Este elemento estabiliza la ferrita y la austenita residual a temperatura ambiente. El silicio inhibe la precipitación de cementita al enfriarse de la austenita, retrasando considerablemente el crecimiento de carburos. Esto se deriva del hecho de que la solubilidad del silicio en la cementita es muy baja y del hecho de que el silicio aumenta la actividad del carbono en la austenita. Por consiguiente, cualquier núcleo de cementita que se forme estará rodeado por una región austenítica rica en silicio, y se habrá rechazado a la interfase de precipitado-matriz. Esta austenita enriquecida con silicio también es más rica en carbono, y el crecimiento de la cementita se ralentiza debido a la difusión reducida resultante del gradiente de carbono reducido entre la cementita y la región austenítica vecina. Por lo tanto, esta adición de silicio contribuye a estabilizar una cantidad de austenita residual suficiente para obtener un efecto TRIP. Durante la etapa de recocido para mejorar la humectabilidad de la lámina de acero, se forman óxidos de silicio internos y óxido complejo que comprende silicio y manganeso y se dispersan debajo de la superficie de la lámina. Sin embargo, una adición excesiva de silicio provoca la formación de una capa interna gruesa de óxido de silicio y posiblemente óxido complejo que comprende silicio y/o manganeso y/o aluminio que provoca fragilidad y la adhesión del recubrimiento a base de zinc no será suficiente.
- Aluminio con un contenido entre el 0,005 y el 2,0 % en peso. Al igual que el silicio, el aluminio estabiliza la ferrita y aumenta la formación de ferrita a medida que la lámina de acero se enfría. No es muy soluble en cementita y se puede utilizar en este sentido para evitar la precipitación de cementita al sostener el acero a una temperatura de transformación bainítica y para estabilizar la austenita residual. Sin embargo, se requiere una cantidad mínima de aluminio para desoxidar el acero.
- Molibdeno con un contenido inferior a 1,0. El molibdeno favorece la formación de martensita y aumenta la resistencia a la corrosión. Sin embargo, un exceso de molibdeno puede promover el fenómeno de agrietamiento en frío en las zonas de soldadura y reducir la resistencia del acero.
Cuando se desea una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente y recocido, el procedimiento convencional requiere la adición de Mo para evitar la precipitación de carburo durante el recalentamiento después del galvanizado. Aquí, gracias a la oxidación interna de silicio y manganeso, el tratamiento de aleación de la lámina de acero galvanizado se puede realizar a una temperatura más baja que la de la lámina de acero galvanizado convencional que no comprende óxido interno. En consecuencia, el contenido de molibdeno puede reducirse y ser inferior al 0,01 % en peso, porque no es necesario retrasar la transformación bainítica como es el caso durante el tratamiento de aleación de la lámina de acero galvanizado convencional.
- Cromo con un contenido inferior o igual al 1,0 % en peso. El contenido de cromo debe limitarse para evitar problemas de apariencia de la superficie al galvanizar el acero
- Fósforo con un contenido inferior al 0,02 % en peso, y preferentemente inferior al 0,015 % en peso. El fósforo en combinación con silicio aumenta la estabilidad de la austenita residual al suprimir la precipitación de carburos.
- Titanio con un contenido inferior o igual al 0,20 % en peso. El titanio mejora el límite elástico de Re, sin embargo, su contenido debe limitarse al 0,20 % en peso para evitar degradar la dureza.
- Vanadio con un contenido inferior o igual al 0,40 % en peso. El vanadio mejora el límite elástico de Re mediante el refinamiento del grano y mejora la soldabilidad del acero. Sin embargo, por encima del 0,40% en peso, la tenacidad del acero se degrada y existe el riesgo de que aparezcan grietas en las zonas de soldadura.
- Níquel con un contenido inferior o igual al 1,0 % en peso. El níquel aumenta el límite elástico de Re. Por lo general, su contenido está limitado al 1,0 % en peso debido a su alto coste.
- Niobio con un contenido inferior o igual al 0,20 % en peso. El niobio promueve la precipitación de carbonitruros, aumentando así el límite elástico de Re. Sin embargo, por encima del 0,20 % en peso, la soldabilidad y la formabilidad en caliente se degradan.
[0016] El equilibrio de la composición consiste en hierro y otros elementos que generalmente se espera encontrar e impurezas resultantes de la fundición del acero, en proporciones que no tienen influencia en las propiedades deseadas.
[0017] La lámina de acero que tiene la composición anterior se somete primero a una oxidación seguida de una reducción lenta, antes del galvanizado por inmersión en caliente en un baño de zinc fundido y opcionalmente se trata con calor para formar dicha lámina de acero galvanizado y recocido.
[0018] El objetivo es formar una lámina de acero oxidado que tenga una capa externa de óxido de hierro con un espesor controlado que proteja el acero de la oxidación externa selectiva de silicio, aluminio y manganeso, mientras que la lámina de acero se recoce antes del galvanizado por inmersión en caliente.
[0019] Dicha oxidación de la lámina de acero se realiza en un horno de fuego directo donde la atmósfera comprende aire y combustible con un aire a combustible entre 0,80 y 0,95, en condiciones que permiten la formación, en la superficie de la lámina de acero, de una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,05 a 0,2 pm, y que no contiene óxidos superficiales de silicio y/o aluminio y/o manganeso.
[0020] En estas condiciones, la oxidación selectiva interna de silicio, aluminio y manganeso se desarrollará bajo la capa de óxido de hierro, y conduce a una zona de agotamiento profundo de silicio, aluminio y manganeso que minimizará el riesgo de oxidación selectiva superficial. Un óxido interno de al menos un tipo de óxido que se selecciona
de entre el grupo que consiste en óxido de Si, óxido de Mn, óxido de Al, óxido del complejo que comprende Si y Mn, óxido del complejo de Si y Al, óxido del complejo de Mn y Al, y óxido del complejo que comprende Si, Mn y Al se forma, por consiguiente, en la lámina de acero.
[0021] Durante la siguiente etapa de reducción, la oxidación selectiva interna de silicio, aluminio y manganeso continúa creciendo en la profundidad de la lámina de acero, de modo que se evita el óxido selectivo externo de Si, Mn y Al cuando se logra la etapa de reducción adicional.
[0022] La oxidación se realiza calentando dicha lámina de acero en el horno de fuego directo, desde la temperatura ambiente hasta una temperatura de calentamiento T1 que está entre 680 y 800 °C.
[0023] Cuando la temperatura T1 es superior a 800 °C, la capa de óxido de hierro formada en la superficie de la lámina de acero contendrá manganeso procedente del acero, y la humectabilidad se verá afectada. Si la temperatura T1 es inferior a 680 °C, no se favorecerá la oxidación interna de silicio y manganeso, y la galvanizabilidad de la lámina de acero será insuficiente.
[0024] Con una atmósfera que tiene una relación aire a combustible menor que 0,80, el espesor de la capa de óxido de hierro no será suficiente para proteger el acero de una oxidación superficial de silicio, manganeso y aluminio durante la etapa de reducción, y el riesgo de formación de una capa superficial de óxidos de silicio y/o aluminio y/o manganeso, posiblemente en combinación con óxido de hierro es alto durante la etapa de reducción. Sin embargo, con una relación aire-combustible superior a 0,95, la capa de óxido de hierro es demasiado gruesa, y requiere un mayor contenido de hidrógeno en la zona de remojo para reducirse completamente, lo que es rentable. Por consiguiente, la humectabilidad se verá afectada en ambos casos.
[0025] Según la invención, a pesar del espesor delgado de la capa de óxido de hierro, se evita la oxidación superficial de silicio, aluminio y manganeso porque la cinética de reducción de este óxido de hierro se reduce durante la etapa de reducción en comparación con el procedimiento convencional donde la tasa de reducción es de alrededor de 0,02 |jm/s. De hecho, es esencial que la reducción del óxido de hierro se realice a una tasa de reducción de 0,001 a 0,010 jm/s. Si la tasa de reducción es inferior a 0,001 jm/s, el tiempo requerido para la etapa de reducción no se ajustará a los requisitos industriales. Pero si la velocidad de reducción es superior a 0,010 jm/s, dependiendo de la condición del paso de reducción, no se evitará la oxidación superficial de silicio, aluminio y manganeso. El desarrollo de la oxidación selectiva interna de silicio, aluminio y manganeso se realiza, por consiguiente, a una profundidad de más de 0,5 jm de la superficie de la lámina de acero, mientras que, en el procedimiento convencional, la oxidación selectiva interna se realiza a una profundidad de no más de 0,1 jm de la superficie de la lámina de acero.
[0026] Al salir del horno de fuego directo, la lámina de acero oxidado se reduce en condiciones que permiten la reducción completa del óxido de hierro en hierro. Esta etapa de reducción se puede realizar en un horno tubular radiante o en un horno de resistencia.
[0027] Según la invención, dicha lámina de acero oxidado se trata, por consiguiente, con calor en una atmósfera que comprende de 2 a menos del 15 % en volumen de hidrógeno, y preferentemente de 2 a menos del 5 % en volumen de hidrógeno, donde lo restante es nitrógeno e impurezas inevitables. El objetivo es frenar la tasa de reducción del óxido de hierro en hierro, de modo que se favorezca el desarrollo de una oxidación selectiva interna profunda de silicio, aluminio y manganeso. Es preferible que la atmósfera en el horno tubular radiante o en el horno de resistencia comprenda más del 2 % en volumen de hidrógeno para evitar la contaminación de la atmósfera en caso de que el aire entre en dicho horno.
[0028] Dicha lámina de acero oxidado se calienta desde la temperatura de calentamiento T1 a una temperatura de remojo T2, a continuación, se remoja a dicha temperatura de remojo T2 durante un tiempo de remojo t2, y finalmente se enfría desde dicha temperatura de remojo T2 a una temperatura de enfriamiento T3, dicho tratamiento térmico se realiza en una de las atmósferas anteriores.
[0029] Dicha temperatura de remojo T2 es de entre 770 y 850 °C. Cuando la lámina de acero está a la temperatura T2, se forma una microestructura de fase dual compuesta por ferrita y austenita. Cuando T2 está por encima de 850 °C, la relación de volumen de austenita crece demasiado, y la oxidación selectiva externa de silicio, aluminio y manganeso puede ocurrir en la superficie del acero. Pero, cuando T2 está por debajo de 770 °C, el tiempo necesario para formar una relación de volumen suficiente de austenita es demasiado alto.
[0030] Para obtener el efecto TRIP deseado, se debe formar suficiente austenita durante la etapa de remojo, de modo que se mantenga suficiente austenita residual durante la etapa de enfriamiento. El remojo se realiza durante un tiempo t2, que es preferentemente de entre 20 y 180 segundos. Si el tiempo t2 es mayor a 180 segundos, los granos de austenita se vuelven más ásperos y el límite elástico Re del acero después de la formación se limitará. Además, la capacidad de endurecimiento del acero es baja. Sin embargo, si la lámina de acero se remoja durante un tiempo t2 inferior a 20s, la proporción de austenita formada será insuficiente y no se formarán suficiente austenita residual y bainita cuando se enfríe.
[0031] La lámina de acero reducida finalmente se enfría a una temperatura de enfriamiento T3 cerca de la temperatura del baño de zinc fundido, para evitar el enfriamiento o el recalentamiento de dicho baño. La T3 se encuentra, por consiguiente, entre 460 y 510 °C. Por lo tanto, se puede obtener un recubrimiento a base de zinc que tiene una microestructura homogénea.
[0032] Cuando la lámina de acero se enfría, se sumerge en caliente en el baño de zinc fundido cuya temperatura es preferiblemente entre 450 y 500 °C.
[0033] Cuando se requiere una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente, el baño de zinc fundido contiene preferentemente del 0,14 al 0,3 % en peso de aluminio, donde lo restante es zinc e impurezas inevitables. El aluminio se añade en el baño para inhibir la formación de aleaciones interfaciales de hierro y zinc que son frágiles y, por consiguiente, no se pueden conformar. Durante la inmersión, se forma una capa delgada de Fe2Al5 (espesor inferior a 0,2 pm) en la interfase del acero y del recubrimiento a base de zinc. Esta capa asegura una buena adherencia del zinc al acero, y se puede dar forma debido a su espesor muy delgado. Sin embargo, si el contenido de aluminio es superior al 0,3 % en peso, la apariencia de la superficie del recubrimiento limpiado se ve afectada debido a un crecimiento demasiado intenso de óxido de aluminio en la superficie del zinc líquido.
[0034] Al salir del baño, la lámina de acero se limpia por proyección de un gas, con el fin de ajustar el espesor del recubrimiento a base de zinc. Este espesor, que generalmente está entre 3 y 20 pm, se determina según la resistencia requerida a la corrosión.
[0035] Cuando se requiere un galvanizado por inmersión en caliente y recocido, el baño de zinc fundido preferentemente contiene del 0,08 al 0,135 % en peso de aluminio disuelto, lo restante siendo zinc e impurezas inevitables, y el contenido de molibdeno en el acero puede ser menor que 0,01 % en peso. Se añade aluminio en el baño para desoxidar el zinc fundido y para facilitar el control del espesor del recubrimiento a base de zinc. En esa condición, se induce la precipitación de la fase delta (FeZn 7 ) en la interfase del acero y del recubrimiento a base de zinc.
[0036] Al salir del baño, la lámina de acero se limpia por proyección de un gas, con el fin de ajustar el espesor del recubrimiento a base de zinc. Este espesor, que generalmente está entre 3 y 10 pm, se determina según la resistencia requerida a la corrosión. Dicha lámina de acero recubierta a base de zinc finalmente se trata térmicamente, de modo que se obtiene un recubrimiento hecho de una aleación de zinc-hierro, mediante la difusión del hierro del acero en el zinc del recubrimiento.
[0037] Este tratamiento de aleación se puede realizar manteniendo dicha lámina de acero a una temperatura T4 de entre 460 y 510 °C durante un tiempo de remojo t4 de entre 10 y 30 segundos. Gracias a la ausencia de oxidación selectiva externa de silicio y manganeso, esta temperatura T4 es inferior a las temperaturas de aleación convencionales. Por esa razón, no se requieren grandes cantidades de molibdeno para el acero, y el contenido de molibdeno en el acero puede limitarse a menos del 0,01 % en peso. Si la temperatura T4 es inferior a 460 °C, la aleación de hierro y zinc no es posible. Si la temperatura
T4 está por encima de 510 °C, se hace difícil formar austenita estable, debido a la precipitación de carburo no deseado, y el efecto TRIP no se puede obtener. El tiempo t4 se ajusta de modo que el contenido medio de hierro en la aleación esté entre el 8 y el 12 % en peso, lo que es un buen compromiso para mejorar la soldabilidad del recubrimiento y limitar el pulverizado durante el conformado.
[0038] La invención se ilustrará ahora con ejemplos proporcionados a modo de indicación no limitante.
[0039] Los ensayos se llevaron a cabo utilizando una lámina de acero A, B y C de 0,8 mm de espesor y 1,8 m de ancho fabricada en acero, cuya composición se indica en la tabla 1.
[0040] Tabla I: composición química del acero de las láminas A, B y C, en % en peso, lo restante de la composición siendo hierro e impurezas inevitables (muestras A y B).
Tabla
[0041] El objetivo es comparar la humectabilidad y la adherencia del recubrimiento de zinc a la lámina de acero, de la lámina de acero tratada según la invención, con la tratada con condiciones que están fuera del alcance de la invención.
[0042] La humectabilidad es controlada visualmente por un operador. La adherencia del recubrimiento también
se controla visualmente después de una prueba de flexión de 180° de las muestras.
Ejemplo 1 según la invención
[0043] La lámina de acero A se introduce continuamente en un horno de fuego directo, en el que se pone en contacto con una atmósfera que comprende aire y combustible con una relación aire a combustible de 0,94, desde la temperatura ambiente (20 °C) a 700 °C, de modo que se forma una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,073 |jm. Posteriormente, se recoce de manera continua en un horno tubular radiante, donde se calienta de 700 °C a 850 °C. A continuación, se remoja a 850 °C durante 40 segundos y, finalmente, se enfría a 460 °C.
[0044] La atmósfera en el horno tubular radiante comprende un 4 % en volumen de hidrógeno, donde lo restante es nitrógeno e impurezas inevitables. La longitud del horno tubular radiante es de 60 m, la velocidad de la lámina es de 90 m/min y el caudal de gas es de 250 Nm3/h. En estas condiciones, la tasa de reducción de la capa de óxido de hierro es de 0,0024 jm/s. En consecuencia, la reducción de la capa de óxido de hierro se extiende durante el tiempo de residencia de la lámina en el horno tubular radiante, y a la salida de dicho horno, el óxido de hierro se reduce por completo. No se han formado óxidos selectivos externos de Al, Si y Mn, por el contrario, el óxido selectivo interno de Al, Si y Mn formado durante la residencia en el horno de fuego directo se ha formado más profundamente en la lámina de acero.
[0045] Después del enfriamiento, la lámina de acero A se galvaniza por inmersión en caliente en un baño a base de zinc fundido que comprende el 0,2 % en peso de aluminio, donde lo restante es zinc e impurezas inevitables. La temperatura de dicho baño es de 460 °C. Después de limpiar con nitrógeno y enfriar el recubrimiento a base de zinc, el espesor del recubrimiento a base de zinc es de 7 m. Se observa que la humectabilidad es perfecta, porque la capa de recubrimiento de zinc es continua, la superficie de aspecto es muy buena y la adherencia es buena.
[0046] Además, los inventores han observado que la microestructura del acero era una microestructura TRIP que comprende ferrita, austenita residual y martensita.
Ejemplo comparativo 1
[0047] La lámina de acero B se introduce continuamente en un horno de fuego directo, en el que se pone en contacto con una atmósfera que comprende aire y combustible con una relación aire a combustible de 0,94, desde la temperatura ambiente (20 °C) a 700 °C, de modo que se forma una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,073 jm . Posteriormente, se recoce de manera continua en un horno tubular radiante, donde se calienta de 700 °C a 850 °C, a continuación, se remoja a 850 °C durante 40 segundos y, finalmente, se enfría a 460 °C. La atmósfera en el horno tubular radiante comprende un 5 % en volumen de hidrógeno, donde lo restante es nitrógeno e impurezas inevitables. La longitud del horno tubular radiante es de 60 m, la velocidad de la lámina es de 90 m/min y el caudal de gas es de 400 Nm3/h. En estas condiciones, la tasa de reducción de la capa de óxido de hierro es de 0,014 jm/s. En consecuencia, la capa de óxido de hierro se reduce completamente en los primeros 10 m del horno tubular radiante, y se forma una capa de óxido selectivo externo de Al, Mn y Si en la lámina de acero en los últimos 50 m del horno tubular radiante.
[0048] Después del enfriamiento, la lámina de acero B se galvaniza por inmersión en caliente en un baño a base de zinc fundido que comprende el 0,2 % en peso de aluminio, donde lo restante es zinc e impurezas inevitables. La temperatura de dicho baño es de 460 °C. Después de limpiar con nitrógeno y enfriar el recubrimiento a base de zinc, el espesor del recubrimiento a base de zinc es de 7 m. Los inventores han observado que la microestructura del acero es una microestructura TRIP que comprende ferrita, austenita residual y martensita. Sin embargo, observaron que la humectabilidad no es perfecta, debido a que la capa de recubrimiento de zinc no es continua, la superficie de aspecto es más bien pobre y la adherencia es pobre.
Ejemplo comparativo 2
[0049] La lámina de acero C se introduce continuamente en un horno de fuego directo, en el que se pone en contacto con una atmósfera que comprende aire y combustible con una relación aire a combustible de 0,94, desde la temperatura ambiente (20 °C) a 700 °C, de modo que se forma una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,073 jm.
[0050] Posteriormente, se recoce de manera continua en un horno tubular radiante, donde se remoja a 700 °C durante 20 segundos y, finalmente, se enfría a 460 °C. La atmósfera en el horno tubular radiante comprende un 5 % en volumen de hidrógeno, donde lo restante es nitrógeno e impurezas inevitables.
[0051] La longitud del horno tubular radiante es de 60 m, la velocidad de la lámina es de 180 m/min, el caudal de gas es de 100 Nm3/h y la tasa de reducción de la capa de óxido de hierro es de 0,0006 jm/s. En estas condiciones, los inventores han observado que la capa de óxido de hierro no se reduce en el horno tubular radiante.
[0052] Después del enfriamiento, la lámina de acero C se galvaniza por inmersión en caliente en un baño a base de zinc fundido que comprende el 0,2 % en peso de aluminio, donde lo restante es zinc e impurezas inevitables. La temperatura de dicho baño es de 460 °C. Después de limpiar con nitrógeno y enfriar el recubrimiento a base de zinc, el espesor del recubrimiento a base de zinc es de 7 pm.
[0053] Se observa que no se obtiene la microestructura TRIP. Además, la humectabilidad no es perfecta, porque la capa de recubrimiento de zinc no es continua, y la adherencia es pobre.
Claims (12)
1. Un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente o galvanizado y recocido que tiene una microestructura TRIP con plasticidad inducida por transformación, que comprende ferrita, austenita residual y opcionalmente martensita y/o bainita, dicho procedimiento comprendiendo las etapas que consisten en:
- proporcionar una lámina de acero cuya composición comprende, en peso:
0,01 < C < 0,22 %
0,50 < Mn < 2,0 %
0,2 < Si < 2,0 %
0,005 < Al < 2,0 %
Mo < 1,0 %
Cr < 1,0 %
P < 0,02 %
Ti < 0,20 %
V < 0,40%
Ni < 1,0 %
Nb < 0,20 %
lo restante de la composición siendo hierro e impurezas inevitables resultantes de la fundición,
- oxidar dicha lámina de acero en un horno de fuego directo donde la atmósfera comprende aire y combustible con una relación aire a combustible entre 0,80 y 0,95, de modo que se forma una capa de óxido de hierro que tiene un espesor de 0,05 a 0,2 pm en la superficie de la lámina de acero, y se forma un óxido interno de al menos un tipo de óxido que se selecciona de entre el grupo que consiste en óxido de Si, óxido de Mn, óxido de Al, óxido del complejo que comprende Si y Mn, óxido del complejo de Si y Al, óxido del complejo que comprende Mn y Al, y óxido del complejo que comprende Si, Mn y Al, donde la oxidación de la lámina de acero se realiza calentándola desde la temperatura ambiente hasta una temperatura de calentamiento T1,
- reducir dicha lámina de acero oxidado, a una velocidad de reducción de 0,001 a 0,01 pm/s para hacer que el óxido interno continúe creciendo en profundidad de la lámina de acero, y para lograr una reducción completa de la capa de óxido de hierro, donde la reducción de dicha lámina de acero oxidado consiste en un tratamiento térmico realizado en un horno donde la atmósfera comprende de 2 a menos del 15 % en volumen de hidrógeno, lo restante de la composición siendo nitrógeno e impurezas inevitables, donde dicho tratamiento térmico comprende una fase de calentamiento desde la temperatura de calentamiento T1 hasta una temperatura de remojo T2, una fase de remojo a dicha temperatura de remojo T2 durante un tiempo de remojo t2, y una fase de enfriamiento desde dicha temperatura de remojo T2 hasta una temperatura de enfriamiento t 3, donde dicha temperatura T1 se encuentra entre 680 y 800 °C y donde dicha temperatura de remojo T2 es de entre 770 y 850 °C,
- galvanizar por inmersión en caliente dicha lámina de acero reducida para formar una lámina de acero recubierta de zinc, y
- opcionalmente, someter dicha lámina de acero recubierta por inmersión en caliente a un tratamiento de aleación para formar una lámina de acero galvanizado y recocido.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde dicha lámina de acero comprende, en % en peso, P < 0,015 %.
3. El procedimiento según la reivindicación 1 o 2, donde dicha lámina de acero comprende, en % en peso, Mo < 0,01 %.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la atmósfera comprende de 2 a menos del 5 % en volumen de hidrógeno.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde dicho tiempo de remojo t2 es de entre 20 y 180 segundos.
6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde dicha temperatura de enfriamiento T3 es de entre 460 y 510 °C.
7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha reducción se realiza en un horno tubular radiante o en un horno de resistencia.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde, cuando se requiere una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente, el galvanizado por inmersión en caliente se realiza sumergiendo en caliente dicha lámina de acero reducida en un baño fundido que comprende del 0,14 al 0,3 % en peso de aluminio, lo restante siendo zinc e impurezas inevitables.
9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde, cuando se requiere una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente y recocido, el galvanizado por inmersión en caliente se realiza sumergiendo en caliente dicha lámina de acero reducida en un baño fundido que comprende del 0,08 al 0,135 % en peso de aluminio, lo restante siendo zinc e impurezas inevitables.
10. El procedimiento según la reivindicación 9, donde el contenido de molibdeno de dicha lámina de acero es inferior al 0,01 % en peso.
11. El procedimiento según la reivindicación 9 o 10, donde dicho tratamiento de aleación se realiza calentando dicha lámina de acero recubierta a base de zinc a una temperatura T4 de entre 460 y 510 °C durante un tiempo de remojo t4 de entre 10 y 30 segundos.
12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, donde la temperatura de dicho baño fundido es de entre 450 y 500 °C.
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