ES2911187T3

ES2911187T3 - Un procedimiento para la fabricación de lámina de acero galvanorrecocido resistente a la fragilización por metal líquido

Info

Publication number: ES2911187T3
Application number: ES18722194T
Authority: ES
Inventors: Christian Allely; Pascal Bertho; Anirban Chakraborty; Hassan Ghassemi-Armaki
Original assignee: ArcelorMittal SA
Current assignee: ArcelorMittal SA
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: MA49080A; PL3619040T3; MX2019013153A; WO2018203097A1; WO2018203126A1; CN110573335A; BR112019021226B1; JP2020521041A; HUE059412T2; CN110573335B; UA123755C2; BR112019021226A2; EP3619040B1; KR20200108102A; JP7358542B2; US11654653B2; MA49080B1; CA3059297A1; RU2729236C1; CA3059297C

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanorrecocido que comprende las siguientes etapas sucesivas: A. el recubrimiento de la lámina de acero, mediante un procedimiento de deposición al vacío o galvanoplastia con un primer recubrimiento que consiste en níquel y que tiene un espesor entre 150 nm y 650 nm, teniendo dicha lámina de acero la siguiente composición en porcentaje en peso: 0,10 < C < 0,40 %, 1,5 < Mn < 3,0 %, 0,7 < Si < 3,0 %, 0,05 < Al < 1,0 %, 0,75 < (Si+Al) < 3,0 %, y sobre una base opcional, uno o más elementos tales como Nb <= 0,5 %, B <= 0,010 %, 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, B. el recocido de dicha lámina de acero recubierta recocida a una temperatura de entre 600 a 1200 °C en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 y con un punto de rocío en el intervalo de -60 °C a +30 °C, C. el recubrimiento de la lámina de acero obtenida en la etapa B) por procedimiento de inmersión en caliente, por depósito al vacío o por procedimiento de electrogalvanización, con un segundo recubrimiento a base de zinc, que comprende más del 50 % en peso de zinc y, D. un tratamiento térmico de aleación para formar una lámina de acero galvanorrecocido, a una temperatura entre 470 y 550 °C durante de 5 a 50 segundos.

Description

DESCRIPCIÓN

Un procedimiento para la fabricación de lámina de acero galvanorrecocido resistente a la fragilización por metal líquido [0001] La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanorrecocido. La invención es particularmente adecuada para la fabricación de vehículos automotores.

[0002] Los recubrimientos a base de zinc se usan 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 de un recubrimiento metálico o no metálico sobre una superficie de acero. Por lo tanto, el recubrimiento 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 activo en comparación con el acero según la serie EMF. 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 consume antes que el acero.

[0003] Sin embargo, cuando se realizan etapas de calentamiento en dichas láminas de acero recubiertas de zinc, por ejemplo, durante el endurecimiento por prensado en caliente o soldadura por puntos de resistencia, se observan grietas en el acero que se inician en la interfaz de acero/recubrimiento. De hecho, ocasionalmente, hay una reducción de las propiedades mecánicas 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 por encima del punto de fusión de los materiales de recubrimiento; contacto con un metal líquido que tiene un punto de fusión bajo (tal como el zinc) además de la presencia de tensión de tracción; difusión y humectación del metal fundido con el grano de acero del sustrato y los límites de grano. La designación de dicho fenómeno se conoce como fragilización por metal líquido (LME) y también como agrietamiento asistido por metal líquido (LMAC). El documento US2016/0082701 describe una lámina de acero galvanorrecocido y su procedimiento de fabricación.

[0004] La patente US2016/0319415 describe una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente que tiene una excelente resistencia al agrietamiento debido a la fragilización por metal líquido, que comprende:

- una lámina de acero de base que tiene una microestructura en la que una fracción de austenita es del 90 % de área o más; y

- una capa de galvanización por inmersión en caliente formada en la lámina de acero base, donde la capa de galvanización por inmersión en caliente incluye una capa de aleación de Fe-Zn y una capa de Zn formada en la capa de aleación de Fe-Zn, y la capa de aleación de Fe-Zn tiene un espesor de [(3,43t)/6] pm o más, donde t es un espesor de la capa de galvanización por inmersión en caliente.

[0005] En esta patente, se menciona que la aparición de grietas causadas por LME se puede prevenir mediante la supresión de la formación de un óxido de superficie utilizado para suprimir la difusión de hierro (Fe) y una capa de aleación de Fe-Al o Fe-Al-Zn, y mediante la formación de una capa de aleación de Fe-Zn que tenga un espesor suficiente en la capa de galvanización por inmersión en caliente.

[0006] Para asegurar la adhesión al recubrimiento, es preferible que una capa de aleación de Fe-Ni se incluya además directamente debajo de una superficie de la lámina de acero base. Más particularmente, la capa de aleación de Fe-Ni puede asegurar una excelente adhesión de recubrimiento, ya que el MnO o similar existe como un óxido interno al suprimir la formación de un óxido superficial, tal como el MnO o similar, ya que un elemento oxidante, tal como el Mn o similar, se enriquece en una superficie de la capa de aleación de Fe-Ni, a la manera del acero TWIP. Para asegurar el efecto anterior, la capa de aleación de Fe-Ni puede formarse debido a la capa de recubrimiento de Ni de 300 mg/m2 a 1000 mg/m2. Sin embargo, esta solicitud de patente describe una solución dedicada únicamente a los aceros TWIP.

[0007] La solicitud de patente US2012100391 describe un procedimiento para fabricar una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente que tiene excelentes 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 (C^ní) de 0,1-1,0 g/m2, es decir, de alrededor de 11 a 112 nm;

- calentar la lámina de acero recubierta de Ni en una atmósfera reductora;

- enfriar la lámina de acero calentada a la temperatura (X^s) 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 (C^aí) del 0,11-0,14 % en peso y una temperatura (Tp) de 440-460 °C, donde la temperatura (X^s) a la que se alimenta la lámina de acero en el baño de galvanización satisface la siguiente relación: C^níaX^s-T^p)/2C^aí=5-100.

[0008] La solicitud de patente también describe una lámina de acero galvanizado por inmersión en caliente en la que se forma una fase de aleación de Fe-Ni-Zn que representa el 1-20 % del área de sección transversal de la capa galvanizada en la interfaz entre la lámina de acero base y la capa galvanizada.

[0009] Se menciona que en el caso de una lámina de acero galvanizado de alta resistencia obtenida mediante el recubrimiento de zinc en una capa de Ni recubierta en una lámina de acero base, si la fracción del área cubierta por la fase de aleación de Fe-Ni-Zn formada en la interfaz entre la lámina de acero base y la capa galvanizada se controla a un nivel específico, se reducirán las cualidades de recubrimiento de la lámina de acero y se evitará que la capa galvanizada se desprenda durante un procedimiento de formación, lo que sugiere que se mejorará la adhesión de recubrimiento de la lámina de acero. Además, en un procedimiento de soldadura por puntos durante el cual se aplica una corriente eléctrica desde un electrodo a través de la capa de aleación de Fe-Ni a la lámina de acero base, el Fe se difundirá instantáneamente desde la lámina de acero para formar una fase de aleación de Fe-Ni-Zn, de modo que la aleación entre el electrodo y la capa galvanizada se retrasará, aumentando así la vida útil del electrodo de soldadura.

[0010] Sin embargo, aunque se mejora el procedimiento de soldadura por puntos, no se menciona ninguna mejora de LME.

[0011] Debido a la presencia de varias ventajas, el recubrimiento galvanorrecocido se aplica sobre el acero. Sin embargo, durante el endurecimiento por prensado en caliente o la soldadura por puntos de resistencia, la lámina de acero galvanorrecocido anterior muestra grietas LME.

[0012] Por lo tanto, el objetivo de la invención es proporcionar una lámina de acero galvanorrecocido que no tenga problemas de LME. Su objetivo es poner a disposición, en particular, un procedimiento fácil de implementar para obtener un ensamblaje que no tenga problemas de LME después del conformado por prensado en caliente y/o la soldadura.

[0013] 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 10.

[0014] Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.

[0015] 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 de 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.

[0016] La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanorrecocido según la reivindicación 1.

[0017] Sin querer limitarse a ninguna teoría, parece que durante el tratamiento térmico en la etapa B), Ni que tiene el espesor específico se difunde hacia la lámina de acero que tiene la composición de acero específica anterior que permite 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 el recubrimiento, lo que evita la penetración de zinc líquido o aleación de zinc en el acero durante cualquier etapa de calentamiento que sea, por ejemplo, una soldadura. Además, durante el tratamiento de aleación, es decir, la etapa D), el Ni también se difunde en el recubrimiento superpuesto y, por lo tanto, evita el LME.

[0018] El primer recubrimiento constituido por níquel se deposita mediante deposición al vacío o procedimiento de galvanoplastia. Preferentemente, se deposita mediante el procedimiento de galvanoplastia.

[0019] Opcionalmente, el primer recubrimiento puede comprender impurezas elegidas de entre: Fe, Cu, Mn, Si, Al y P. Por ejemplo, la cantidad de impurezas es inferior al 5 %, preferentemente inferior al 3 % y más preferentemente inferior al 1 %.

[0020] El primer recubrimiento constituido por níquel tiene un espesor entre 150 nm y 650 nm, preferentemente entre 200 y 500 nm, más preferentemente entre 250 y 450 nm, ventajosamente entre 300 y 450 nm y, por ejemplo, entre 350 y 450 nm. Por ejemplo, el primer recubrimiento constituido por níquel tiene un espesor entre 250 y 650 nm. De hecho, sin querer limitarse a ninguna teoría, los inventores han descubierto sorprendentemente que hay un óptimo en el espesor del primer recubrimiento donde la reducción de LME es altamente mejorada. Se cree que este espesor óptimo permite una reducción de la corriente de soldadura y, por lo tanto, de la cantidad de entrada de calor durante la soldadura por puntos. En consecuencia, se obtiene una reducción significativa del número de formación de grietas debido a LME.

[0021] Ventajosamente, 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] Preferentemente, el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -60 y -30 °C. Por ejemplo, la atmósfera comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -40 °C y -60 °C.

[0023] En otra realización preferida de la invención, en la etapa B), el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -30 y 30 °C. Por ejemplo, la atmósfera comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre 0 °C y 20 °C.

[0024] En la etapa C), la segunda capa comprende (en % en peso) más del 50 % de zinc, 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 realizarse por procedimiento de inmersión en caliente, por deposición al vacío o por procedimiento de electrogalvanización.

[0025] Por ejemplo, el recubrimiento a base de zinc comprende (en % en peso) del 0,01 al 8,0 % de Al, opcionalmente el 0,2-8,0 % de Mg, siendo el resto Zn.

[0026] En otra 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 aluminio está comprendido entre el 0,10 y 0,18 % en peso en el baño.

[0027] Preferentemente, el recubrimiento a base de zinc se deposita mediante el procedimiento de 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 opcionalmente 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 0,1 % en peso.

[0028] Ventajosamente, en la etapa C), la segunda capa no comprende níquel.

[0029] En la etapa D), el tratamiento térmico de aleación se realiza calentando la lámina de acero recubierta obtenida en la etapa C) a una temperatura entre 470 y 550 °C durante, por ejemplo, de 5 a 50 segundos. Por ejemplo, la etapa D se realiza a 520 °C durante 20 segundos.

[0030] Con el procedimiento anterior, se obtiene una lámina de acero galvanorrecocido recubierta con una primera capa que comprende níquel directamente rematada por una segunda capa a base de zinc, aleándose la primera y segunda capas mediante difusión de modo que la segunda capa de aleación comprende del 8 al 50 % en peso de hierro, del 0 al 25 % en peso de níquel, siendo el resto zinc. Preferentemente, la lámina de acero galvanorrecocido está recubierta con una primera capa que comprende níquel directamente rematada por una segunda capa a base de zinc, aleándose la primera y segunda capas mediante difusión de modo que la segunda capa de aleación comprende del 12 al 50 % en peso de hierro, del 1 al 25 % en peso de níquel, siendo el resto zinc. Ventajosamente, la lámina de acero galvanorrecocido está recubierta con una primera capa que comprende níquel directamente rematada por una segunda capa a base de zinc, aleándose la primera y segunda capas mediante difusión de modo que la segunda capa de aleación comprende del 13 al 50 % en peso de hierro, del 1 al 25 % en peso de níquel, siendo el resto zinc.

[0031] 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.

[0032] En una realización preferida de la invención, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 5 al 25 % de austenita residual.

[0033] 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.

[0034] 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.

[0035] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 25 % de ferrita.

[0036] Preferentemente, la lámina de acero tiene una microestructura que comprende del 1 al 15 % de martensita no revenida.

[0037] 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 por puntos de dos láminas de metal.

[0038] Para producir una unión soldada por puntos, 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.

[0039] Así, 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 tal unión menos de 3 grietas que tienen un tamaño superior a 100 pm y donde la grieta más larga tiene una longitud inferior a 300 pm.

[0040] Preferentemente, la segunda lámina metálica es una lámina de acero o una lámina de aluminio. Más preferentemente, la segunda lámina metálica es la lámina de acero anterior.

[0041] 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 la lámina de acero anterior.

[0042] La lámina de acero anterior o la unión soldada por puntos anterior se pueden utilizar para la fabricación de piezas para vehículos automotores.

[0043] La invención se explicará ahora en ensayos realizados únicamente con fines informativos. No son limitantes.

Ejemplo

[0044] Para todas las muestras, las láminas de acero utilizadas tienen la siguiente composición en porcentaje en peso: C=0,37 %, Mn=1,95 %, Si=1,95 %, Cr=0,35 % y Mo=0,12 %.

[0045] En el Ensayo 1, el acero se recoció en una atmósfera que comprende el 5 % de H2 y el 95 % de N2 en un punto de rocío de -45 °C. El recocido se llevó a cabo a 900 °C durante 132 segundos. Después del recocido, la lámina de acero se enfrió a temperatura ambiente. Sobre la lámina de acero recocido se aplicó un recubrimiento de zinc por el procedimiento de electrogalvanización.

[0046] En los Ensayos 2 a 5, el Ni se depositó primero mediante el procedimiento de galvanoplastia con un espesor de 150, 400, 650 y 900 nm, respectivamente, en láminas de acero de dureza total antes del recocido. Después de eso, las láminas de acero recubiertas previamente se recocieron en una atmósfera que comprende el 5 % de H2 y el 95 % de N2 en un punto de rocío de -45 °C. El recocido se llevó a cabo a 900 °C durante 132 segundos. Al final del recocido, las láminas de acero se enfriaron hasta una temperatura de templado de 210 °C y se calentaron nuevamente a una temperatura de partición de 410 °C. El fraccionamiento en porciones se llevó a cabo durante 88 s y a continuación se calentó nuevamente hasta una temperatura de galvanización de 460 °C y se aplicó recubrimiento de zinc mediante el procedimiento de recubrimiento por inmersión en caliente utilizando un baño de zinc líquido que contenía el 0,12 % en peso de Al mantenido a 460 °C. Justo después del galvanizado, se llevó a cabo un tratamiento térmico de aleación a 520 °C durante 20 segundos.

[0047] La susceptibilidad de LME del acero recubierto anterior se evaluó mediante el procedimiento de soldadura por puntos de resistencia. 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 informó en la Tabla 1:

Tabla 1. Pro rama de soldadura

[0048] El comportamiento de resistencia a grietas LME también se evaluó utilizando la condición de apilamiento de 3 capas. Para cada Ensayo, se soldaron tres láminas de acero recubiertas mediante soldadura por puntos de resistencia. A continuación, se evaluó el número de grietas de 100 pm utilizando un microscopio óptico como se informa en la Tabla 2.

Tabla 2. Detalles de grietas LME después de la soldadura por puntos (condición de apilamiento de 3 capas)

[0049] Los Ensayos 2, 3 y 4 según la presente invención muestran una excelente resistencia a LME en comparación con los Ensayos 1 y 5. De hecho, el número de grietas superiores a 100 |jm es inferior a 3 y la grieta más larga tiene una longitud inferior a 300 jm. Además, los Ensayos 2 a 4 que tienen un espesor óptimo de recubrimiento de Ni reducen la corriente de soldadura. Esto da como resultado una reducción de la cantidad de entrada de calor durante la soldadura por puntos y, por lo tanto, provoca una reducción significativa del número de grietas debido a LME.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación de una lámina de acero galvanorrecocido que comprende las siguientes etapas sucesivas:

A. el recubrimiento de la lámina de acero, mediante un procedimiento de deposición al vacío o galvanoplastia con un primer recubrimiento que consiste en níquel y que tiene un espesor entre 150 nm y 650 nm, teniendo dicha lámina de acero la siguiente composición en porcentaje en peso:

0,10 < C < 0,40 %,

1,5 < Mn < 3,0 %,

0,7 < Si < 3,0 %,

0,05 < Al < 1,0 %,

0,75 < (Si+Al) < 3,0 %,

y sobre una base opcional, uno o más elementos tales como

Nb < 0,5 %,

B < 0,010 %,

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,

B. el recocido de dicha lámina de acero recubierta recocida a una temperatura de entre 600 a 1200 °C en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 y con un punto de rocío en el intervalo de -60 °C a 30 °C, C. el recubrimiento de la lámina de acero obtenida en la etapa B) por procedimiento de inmersión en caliente, por depósito al vacío o por procedimiento de electrogalvanización, con un segundo recubrimiento a base de zinc, que comprende más del 50 % en peso de zinc y,

D. un tratamiento térmico de aleación para formar una lámina de acero galvanorrecocido, a una temperatura entre 470 y 550 °C durante de 5 a 50 segundos.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, donde en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor entre 200 y 500 nm.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, donde en la etapa A), el primer recubrimiento tiene un espesor entre 250 y 450 nm.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde en la etapa B), el tratamiento térmico es un recocido continuo.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde en la etapa B), el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -60 y -30 °C.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde en la etapa B), el tratamiento térmico se realiza en una atmósfera que comprende del 1 al 10 % de H2 en un punto de rocío entre -30 y 30 °C.

7. El procedimiento según las reivindicaciones 5 o 6, donde en la etapa C), la segunda capa comprende más del 75 % de zinc.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, donde en la etapa C), la segunda capa comprende más del 90 % de zinc.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la segunda capa no comprende níquel.

10. El procedimiento según la reivindicación 9, donde en la etapa C), la segunda capa consiste en zinc.