ES2936660T3 - Producto de acero con recubrimiento metálico - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un acero chapado que frena la LME y la formación de agujeros de ventilación, y que mejora la resistencia a la corrosión de las zonas afectadas por el calor de soldadura. Este acero chapado es acero chapado por inmersión en caliente que comprende acero y una capa de chapado que incluye una capa de aleación de Zn-Al-Mg que se coloca sobre la superficie del acero. En una sección transversal de la capa de aleación Zn-Al-Mg, el porcentaje de área superficial de la fase MgZn2 es 45-75 %, el porcentaje de área superficial total de la fase MgZn2 y la fase Al es al menos 70 %, y el porcentaje de área superficial de la estructura eutéctica ternaria Zn-Al-MgZn2 es 0-5%. La capa de revestimiento tiene una composición química predeterminada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Producto de acero con recubrimiento metálico
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un producto de acero con recubrimiento metálico.
Técnica anterior
Los productos de acero recubiertos de zinc se usan ampliamente en los campos de la construcción de edificios, la producción de automóviles y similares para mejorar la resistencia a la corrosión de los elementos estructurales. Un método que se usa convencionalmente para mejorar la resistencia a la corrosión de las estructuras de ingeniería civil incluye los pasos de soldar productos de acero sin recubrimiento metálico y luego sumergir la estructura resultante en un baño de zinc para enchapar los productos de acero y la superficie del área alrededor de una zona soldada y asegurar resistencia a la corrosión.
En este método, sin embargo, un proceso de soldadura va seguido por un proceso de chapado, lo que conduce a una baja productividad y requisitos del equipo, como un baño de recubrimiento, y a su vez ha provocado un aumento en el coste de producción.
Para evitar estos problemas, se ha aplicado cada vez más a la producción de estructuras un método de soldadura de productos de acero recubiertos de zinc (por ejemplo, láminas de acero recubiertas de zinc), que han sido preparados de antemano mediante productos de acero recubiertos de metal.
Además, los objetos estructurales soldados se han preparado recientemente cada vez más mediante la soldadura de productos de acero recubiertos con aleaciones de zinc (por ejemplo, láminas de acero recubiertas con aleaciones de zinc), cuyas superficies están recubiertas con aleaciones de zinc (como la aleación de Zn-Al-Mg-Si o la aleación de Al-Zn-Si) con un nivel de resistencia a la corrosión aún mayor que el de los productos de acero recubiertos de zinc convencionales de uso común, para mejorar aún más la resistencia a la corrosión de los elementos estructurales (véanse, por ejemplo, los documentos de patente 1 a 7).
Los problemas asociados específicamente con la preparación de objetos estructurales soldados mediante la soldadura de productos de acero recubiertos con zinc o productos de acero recubiertos con aleaciones de zinc incluyen la fragilización del metal líquido (en lo sucesivo también denominada "LME") en el metal de soldadura y en la zona afectada por el calor del material base que se produce debido al recubrimiento por inmersión en caliente del material base, la disminución de la fuerza de unión debido a la formación de orificios por evaporación térmica de Zn y el deterioro de la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor y detrás de las zonas soldadas (las áreas alrededor y detrás de una zona soldada se denominan en lo sucesivo también "zonas afectadas por el calor de soldadura") debido a la evaporación térmica de Zn.
Por ejemplo, se considera que la LME está provocada principalmente por un componente de recubrimiento de zinc que permanece en forma fundida en la superficie de la zona afectada por el calor del material base cerca de una zona soldada y se infiltra en los límites de grano en la zona soldada. Además, se entiende que la LME es más pronunciada en una capa de recubrimiento que contiene metales tales como Al y Mg.
Para abordar estos problemas, por ejemplo, se ha propuesto un método que incluye la aplicación o colocación de un fundente sólido en una posible pieza de soldadura y luego la realización de una operación de soldadura en la pieza de soldadura para soldar productos de acero recubiertos con un recubrimiento de aleación de Zn-Al-Mg (documento de patente 8).
Además, se ha propuesto un método que incluye el uso de alambre con núcleo fundente y la conversión de elementos tales como Al y Mg en escoria para hacer que esos elementos sean inofensivos para el proceso de soldadura (documento de patente 9).
Además, se ha propuesto un método que incluye el uso de un alambre de soldadura inoxidable (documento de patente 10).
Además, también se han propuesto como productos para abordar esos problemas láminas de acero con recubrimiento metálico con una soldabilidad óptima (Documentos que no son de patente 1 y 2).
Documento de patente 1: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2000-064061 Documento de patente 2: documento Wo 2013/002358
Documento de patente 3: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2006-193791 Documento de patente 4: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2002-332555 Documento de patente 5: documento Wo 2010/082678
Documento de patente 6: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2015-214747 Documento de patente 7: documento Wo 2014/059474
Documento de patente 8: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2007-313535 Documento de patente 9: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2005-230912 Documento de patente 10: Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública No. 2006-35293 Documento que no es de patente 1: Informe técnico de Nisshin Steel, No. 92 (2011) págs. 39-47.
Documento que no es de patente 2: Shinnittetsu Sumikin giho, No. 398 (2014) págs. 79-82.
Las láminas de acero recubiertas de zinc también se describen en los documentos EP 1466994 A1 y EP 1199376 A1.
Problema técnico
Sin embargo, es difícil reducir toda la LME, la formación de orificios debido a la evaporación térmica de Zn y el deterioro de la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura debido a la evaporación térmica de Zn, incluso si se toman los medios descritos anteriormente.
Por lo tanto, un problema resuelto por un aspecto de la presente divulgación es proporcionar un producto de acero con recubrimiento metálico que es menos probable que experimente LME y formación de orificios y es probable que muestre una resistencia a la corrosión mejorada en las zonas afectadas por el calor de soldadura. Solución al problema
Las medidas para resolver los problemas descritos anteriormente incluyen los siguientes aspectos.
<1> Un producto de acero con recubrimiento metálico que incluye un producto de acero y una capa de recubrimiento que se proporciona sobre una superficie del producto de acero y comprende una capa de aleación de Zn-Al-Mg,
en el que, en una sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg, una fracción de área de la fase de MgZn2 es de 45 a 75%, una fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al no es inferior al 70%, y una fracción de área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 es de 0 a 5%, y en el que la capa de recubrimiento tiene una composición química que consiste, en masa, en:
Zn: de más del 44,90% a menos del 79,90%;
Al: de más del 15% a menos del 35%;
Mg: de más del 5% a menos del 20%;
Ca: de 0,1% a menos de 3,0%;
Si: de 0% a 1,0%;
B: de 0% a 0,5%;
Y: de 0% a 0,5%;
La: de 0% a 0,5%;
Ce: de 0% a 0,5%;
Cr: de 0% a 0,25%;
Ti: de 0% a 0,25%;
Ni: de 0% a 0,25%;
Co: de 0% a 0,25%;
V: de 0% a 0,25%;
Nb: de 0% a 0,25%;
Cu: de 0% a 0,25%;
Mn: de 0% a 0,25%;
Sr: de 0% a 0,5%;
Sb: de 0% a 0,5%;
Pb: de 0% a 0,5%;
Sn: de 0% a 20,00%;
Bi: de 0% a 2,0%;
En: de 0% a 2,0%;
Fe: de 0% a 5,0%; e
impurezas,
en el que, siempre que un grupo de elementos A consista en Y, La y Ce, un grupo de elementos B consista en Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu y Mn, un grupo de elementos C consista en Sr, Sb, y Pb, y un grupo de elementos D consista en Sn, Bi e In:
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0% a 0,5%;
un contenido total de Ca y elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0,1% a menos de 3,0%;
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B oscila de 0% a 0,25%;
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C oscila de 0% a 0,5%; y
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D oscila de 0% a 20,00%.
<2> El producto de acero con recubrimiento metálico según <1>, en el que la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en fase de Mg2Si, fase de Ca2Si, fase de CaSi, fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al y fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si.
<3> El producto de acero con recubrimiento metálico según <1> o <2>, en el que los contenidos de Al, Mg, Ca y Si, respectivamente, oscilan de más del 22% a menos del 35%, de más del 10% a menos del 20%, del 0,3% a menos del 3,0% y del 0,1% al 1,0%.
<4> El producto de acero con recubrimiento metálico según <1> o <2>, en el que el contenido de Al oscila de más del 15 % al 22%.
<5> El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de <1> a <3>, en el que el contenido de B oscila de 0,05% a 0,5% en masa en un caso en el que la capa de recubrimiento contiene B;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0,05% a 0,5% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos A;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B oscila de 0,05% a 0,25% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos B; y
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C oscila de 0,05% a 0,5% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos C.
<6> El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de <1> a <5>, en el que la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene una fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B seleccionada del grupo que consiste en una fase de AbCaBs y fases compuestas derivadas de la fase de AbCaBs con sustitución de algunos átomos por Zn y Mg, y en el que la fase del compuesto intermetálico Ca-Al-B contiene B en una concentración no inferior al 40% por átomo.
<7> El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de <1> a <6>, en el que el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D oscila del 0,05% al 20% en masa en un caso en el que la capa de recubrimiento contiene elementos seleccionados del grupo de elementos D; y la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en la fase de Mg2Sn, la fase de Mg3Bi2 y la fase de Mg3In.
<8> El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de <1> a <7>, en el que la capa de recubrimiento contiene una capa de aleación de Al-Fe entre el producto de acero y la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
Efectos ventajosos de la Invención
Mediante la presente divulgación, se puede proporcionar un producto de acero recubierto con metal que es menos probable que experimente LME y formación de orificios y es probable que muestre una resistencia a la corrosión mejorada en las zonas afectadas por el calor de soldadura.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM que ilustra una capa de recubrimiento de Zn-Al-Mg convencional (Zn-11% de Al-3% de Mg-0,2% de Si).
La Figura 2 muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM que ilustra un ejemplo de la capa de recubrimiento de la presente divulgación (la capa de recubrimiento No. 18A en el Ejemplo A).
La Figura 3 muestra un diagrama de fase de Zn-Al (expresado en % en masa).
La Figura 4 muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM que ilustra otro ejemplo de la capa de recubrimiento de la presente divulgación (la capa de recubrimiento N° 8A en el Ejemplo A).
La Figura 5 muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM de una sección transversal de una capa de recubrimiento utilizada para explicar un método para identificar las fases de Al (fases a y p).
La Figura 6 muestra una imagen ampliada de la imagen de electrones retrodispersados por SEM de la Figura 5.
La Figura 7 muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM de una sección transversal de una capa de recubrimiento para explicar los métodos para determinar la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 y midiendo cada fracción de área.
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES
Ahora, a continuación se describirá un ejemplo de la presente divulgación.
En la presente divulgación, la representación de "%" de cada elemento en una composición química para indicar el contenido se refiere al contenido del elemento en "% en masa".
Además, un rango numérico definido por valores bajos y altos conectados entre sí usando el término "a" se refiere a un rango de números que incluye los valores numéricos antes y después de "a" como los límites inferior y superior, respectivamente.
Además, cuando el término "más que" o "menos que", respectivamente, precede a un valor inferior o superior de los valores numéricos conectados entre sí usando el término "a" para definir un rango numérico, el rango numérico se refiere a cualquier rango de números dentro de ese rango pero excluyendo uno o ambos valores numéricos como el límite inferior o superior.
Además, el contenido de cada elemento en una composición puede estar representado por la cantidad del elemento (por ejemplo, la cantidad de Zn, Mg o similar) o la concentración del elemento (por ejemplo, la concentración de Zn, Mg, o similar).
Además, el término "paso" se usa no solo para referirse a pasos independientes, sino también para referirse de manera inclusiva a cualquier paso que no se distinga claramente de otros pasos, siempre que se logre el propósito esperado del paso.
Además, el término "porción plana" se refiere a la porción completa de la superficie de una lámina de acero, excepto por una zona afectada por el calor de soldadura del producto de acero, y el término "área alrededor de una zona soldada" se refiere a una zona afectada por el calor de un producto de acero durante un proceso de soldadura, excluyendo la zona soldada en sí misma (porción de metal soldado), y el término "área detrás de una zona soldada" se refiere a una porción de la superficie posterior de un producto de acero opuesta a una zona soldada proporcionada en la superficie frontal del producto de acero.
El producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación es una lámina de acero con recubrimiento metálico por inmersión en caliente que incluye un producto de acero y una capa de recubrimiento que se proporciona sobre una superficie del producto de acero e incluye una capa de aleación de Zn-Al-Mg, en la que en un sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg la fracción de área de la fase de MgZn2 es de 45 a 75%, la fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al no es inferior al 70%, y la fracción de área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 es de 0 a 5%; y la capa de recubrimiento tiene una composición química predeterminada.
El producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación es un producto de acero con recubrimiento metálico por inmersión en caliente que es menos probable que experimente LME y formación de orificios y es probable que muestre una resistencia a la corrosión mejorada en las zonas afectadas por el calor de la soldadura (áreas alrededor y detrás de las zonas soldadas) debido a la composición antes descrita. El producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación ha sido inventado por los siguientes descubrimientos. En primer lugar, para aumentar la soldabilidad y la resistencia a la corrosión de un producto de acero con recubrimiento metálico, en el pasado se han examinado principalmente diversas medidas de soldadura y también la mejora del propio metal de soldadura.
Por otro lado, los inventores dedicaron grandes esfuerzos para desarrollar una capa de recubrimiento que tenga una estructura que permita una soldabilidad óptima en condiciones de uso de un aparato genérico o un alambre de acero inoxidable genérico como medida de soldadura o metal de soldadura, definiendo la composición del capa de recubrimiento muy en un producto de acero con recubrimiento metálico. Hasta ahora, ha habido poco conocimiento sobre la estructura de una nueva capa de recubrimiento con soldabilidad óptima, y la soldabilidad se ha estudiado solo en productos de acero con recubrimiento metálico para su uso en productos comerciales.
Luego, los inventores encontraron los siguientes puntos: para un producto de acero recubierto con una aleación de zinc por inmersión en caliente, la selección cuidadosa de los componentes de Al y Mg en una capa de recubrimiento y un mayor control de la textura de una aleación resultante pueden aumentar las fracciones de las fases MgZn2 y Al, así como reducir las fracciones de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 y la fase de Zn en la capa de recubrimiento tanto como sea posible, lo que a su vez permite la reducción de LME incluso en una capa de recubrimiento que contiene metales como Al y Mg, y además permite la reducción de la cantidad de Zn evaporado, lo que lleva a mejorar la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de la soldadura bajo la reducción de la formación de agujeros.
En consecuencia, se ha descubierto que el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación es un producto de acero con recubrimiento metálico por inmersión en caliente que es menos probable que experimente LME y formación de orificios y es probable que muestre una resistencia a la corrosión mejorada en las zonas afectadas por el calor de soldadura.
Ahora, el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación se describirá en detalle.
Se describirá un producto de acero a recubrir.
El producto de acero no se limita a una forma particular, y los ejemplos del producto de acero incluyen productos de acero moldeado como tubos de acero, materiales de construcción de acero (tuberías de alcantarilla de acero, tuberías corrugadas, cubiertas de drenaje de acero, pantallas de control de arena de acero, pernos, vallas de malla, barreras de tráfico de acero, paredes de corte, etc.), partes y accesorios de electrodomésticos (carcasas para las unidades exteriores de acondicionadores de aire, etc.), y partes y accesorios de automóviles (partes y accesorios para sistemas de suspensión, etc.), además de láminas de acero. Para el moldeo pueden utilizarse diversas técnicas de deformación plástica tales como, por ejemplo, técnicas de prensado, laminado y doblado.
El producto de acero no se limita a un material en particular. Diversos productos de acero tales como, por ejemplo, productos de acero en general, productos de acero con prerrecubrimiento de níquel, productos de acero calmado con aluminio, productos de acero con muy bajo contenido de carbono, productos de acero con alto contenido de carbono, varios tipos de productos de acero de alta resistencia a la tracción y productos de acero de alta aleación (como productos de acero enriquecidos con elementos de aleación como Ni y Cr) se pueden utilizar para el producto de acero.
El producto de acero se produce sin ningún límite particular en términos de métodos de producción de acero y condiciones para los métodos de producción de láminas de acero (como el método de laminación en caliente, el método de decapado con ácido o el método de laminación en frío) y similares.
El producto de acero puede ser un producto de acero con prerrecubrimiento metálico que ha sido chapado previamente.
A continuación, se describirá la capa de recubrimiento.
La capa de recubrimiento incluye una capa de aleación de Zn-Al-Mg. La capa de recubrimiento puede incluir una capa de aleación de Al-Fe además de la capa de aleación de Zn-Al-Mg. La capa de aleación de Al-Fe existe entre el producto de acero y la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
Es decir, la capa de recubrimiento puede tener una estructura de una sola capa que consiste en una capa de aleación de Zn-Al-Mg o puede tener una estructura laminada que consiste en una capa de aleación de Zn-Al-Mg y una capa de aleación de Al-Fe. En el caso de tener la estructura laminada, la capa de aleación de Zn-Al-Mg debería ser una capa que constituya la superficie de la capa de recubrimiento.
Sin embargo, se forma una película de óxidos de elementos como componentes de la capa de recubrimiento con un espesor de alrededor de 50 nm en la superficie de la capa de recubrimiento, pero el espesor de la película es muy delgado en relación con el espesor total de la capa de recubrimiento y por consiguiente, la película no se considera como el componente principal de la capa de recubrimiento.
A este respecto, la capa de aleación de Zn-Al-Mg debería tener, por ejemplo, un espesor de 2 gm a 95 gm (preferiblemente de 5 gm a 75 gm).
Por un lado, el espesor total de la capa de recubrimiento es, por ejemplo, no superior a alrededor de 100 gm. Los límites superior e inferior del espesor total de la capa de recubrimiento no se limitan a valores particulares porque el espesor total de la capa de recubrimiento varía dependiendo de las condiciones de recubrimiento utilizadas. Por ejemplo, el espesor total de la capa de recubrimiento se ve afectado por la viscosidad y la gravedad específica del baño de recubrimiento en los métodos convencionales de recubrimiento por inmersión en caliente. Además, el espesor del recubrimiento se ajusta cambiando la velocidad de extracción de una hoja de acero (hoja metálica original sin recubrimiento) y la resistencia de la fuerza de rozamiento. Por lo tanto, el límite inferior del espesor total de la capa de recubrimiento puede considerarse como de alrededor de 2 gm.
Por otro lado, el espesor de una capa de recubrimiento que se forma potencialmente mediante un método de recubrimiento por inmersión en caliente es de aproximadamente 95 gm, dependiendo de la gravedad específica y la homogeneidad del metal de recubrimiento.
Dado que el espesor de una capa de recubrimiento puede ajustarse libremente cambiando la velocidad de extracción de un baño de recubrimiento y las condiciones de rozamiento, no es particularmente difícil formar una capa de recubrimiento con un espesor de 2 a 95 gm.
A continuación, se describirá la capa de aleación Al-Fe.
La capa de aleación de Al-Fe se forma sobre una superficie del producto de acero (en particular, entre el producto de acero y la capa de aleación de Zn-Al-Mg) y es una capa que tiene una estructura que contiene una fase de AlsFe como fase principal. La capa de aleación Al-Fe se forma por difusión atómica entre el acero rectificado (un producto de acero) y un material de aluminio en un baño de recubrimiento. En los casos en los que se utiliza un método de recubrimiento por inmersión en caliente como método de preparación, una capa de recubrimiento que contiene elemento Al es propensa a convertirse en una capa de aleación Al-Fe. Debido a que la concentración de Al contenida en el baño de recubrimiento está en o por encima de cierta concentración, una fase de Al5Fe es la más generada. Sin embargo, la difusión atómica requiere mucho tiempo y también hace que la concentración de Fe aumente en algunas áreas cercanas al suelo. Por lo tanto, la capa de aleación de Al-Fe puede contener parcialmente pequeñas cantidades de, por ejemplo, fases de AlFe, Al3Fe y Al5Fe2. Además, la capa de aleación de Al-Fe contiene una pequeña cantidad de Zn porque el baño de recubrimiento contiene una cierta concentración de Zn.
El nivel de resistencia a la corrosión no es significativamente diferente entre las fases de Al5Fe, Al5Fe, AlFe y Al5Fe2. La resistencia a la corrosión, tal como se describe en el presente documento, se refiere a la resistencia a la corrosión de la capa de recubrimiento en áreas no afectadas por la soldadura. La capa de aleación de Al-Fe tiene una menor resistencia a la corrosión que la de la capa de recubrimiento y también tiene una menor resistencia a la corrosión que la capa de aleación de Zn-Al-Mg y, en consecuencia, la resistencia a la corrosión de toda la capa de recubrimiento no varía significativamente incluso si las fracciones de esas fases se cambian.
En los casos en los que la capa de recubrimiento contiene Si, el Si puede incorporarse fácilmente en particular a la capa de aleación de Al-Fe para formar fases de compuestos de Al-Fe-Si. La fase de AlFeSi es uno de los compuestos identificados y los isómeros del compuesto incluyen, por ejemplo, las fases a-, p-, ql- y q2-AlFeSi. Por lo tanto, las fases de AlFeSi, como las descritas anteriormente, pueden detectarse en la capa de aleación de Al-Fe. Una capa de aleación de Al-Fe que contiene, por ejemplo, esas fases de AlFeSi también puede denominarse capa de aleación de Al-Fe-Si.
La capa de aleación de Al-Fe-Si también tiene un espesor menor que el de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y, en consecuencia, tiene un efecto menor sobre la resistencia a la corrosión de toda la capa de recubrimiento.
Además, en los casos en los que se utilice un producto de acero con prerrecubrimiento metálico como material base para el producto de acero con recubrimiento metálico, la estructura de la capa de aleación de Al-Fe puede variar dependiendo del espesor de la capa de prerrecubrimiento. Los ejemplos específicos de la estructura variada incluyen una estructura donde se deja una capa de un(os) metal(es) puro(s) utilizado(s) para el prerrecubrimiento alrededor de la capa de aleación de Al-Fe, una estructura donde una capa de aleación de fases de compuestos intermetálicos (como, por ejemplo, fases de AhNi) está formado por la combinación de componentes de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y la capa de prerrecubrimiento, una estructura donde se forma una capa de aleación de Al-Fe con sustitución de algunos de los átomos de Al y Fe, y una estructura donde se forma una capa de aleación de Al-Fe-Si con sustitución de algunos de los átomos de Al, Fe y Si. En cualquier estructura, estas capas de aleación también tienen un espesor menor que el de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y, en consecuencia, tienen un efecto menor sobre la resistencia a la corrosión de toda la capa de recubrimiento.
Es decir, la capa de aleación de Al-Fe incluye capas de aleación según los diversos aspectos descritos anteriormente, además de la capa de aleación que contiene una fase de Al5Fe como fase principal.
La capa de aleación de Al-Fe tiene, por ejemplo, un espesor de 0 pm a 5 pm (típicamente, de 100 nm a 5 pm). Es decir, es posible que no se forme la capa de aleación de Al-Fe. Sin embargo, cuando se forma una capa de recubrimiento con una composición de prerrecubrimiento definida en la presente divulgación mediante un método de prerrecubrimiento por inmersión en caliente, normalmente se forma una capa de aleación de Al-Fe con un espesor no inferior a 100 nm entre el producto de acero y la capa de aleación de Zn-Al-Mg. El límite inferior del espesor de la capa de aleación de Al-Fe no está limitado a un valor particular, y se ha encontrado que la formación de una capa de recubrimiento por inmersión en caliente que contiene Al va necesariamente acompañada de la formación de una capa de aleación de Al-Fe, y se ha determinado empíricamente que el espesor de alrededor de 100 nm se considera como el espesor de una capa de aleación de Al-Fe formada bajo las condiciones más represivas y como un espesor que asegura una adherencia suficiente de la capa de recubrimiento al acero rectificado (un acero producto). A menos que se adopten medidas especiales, es difícil preparar una capa de aleación de Al-Fe que tenga un espesor de menos de 100 nm mediante un método de prerrecubrimiento por inmersión en caliente debido a la alta concentración de Al. Sin embargo, se supone que las propiedades de la capa de recubrimiento no se ven significativamente afectadas incluso si la capa de aleación de Al-Fe tiene un espesor de menos de 100 nm o incluso si no se forma ninguna capa de aleación de Al-Fe.
Por otra parte, en los casos en que el espesor de la capa de aleación de Al-Fe es de 5 pm o más, una capa de aleación de Zn-Al-Mg formada sobre la capa de aleación de Al-Fe tiende a experimentar escasez del componente de Al y, además, deterioro extremo de la adhesividad y procesabilidad de la capa de recubrimiento resultante. Por lo tanto, la capa de aleación de Al-Fe está limitada a no más de 5 pm de espesor.
En general, los objetos estructurales soldados son formas de estructuras adecuadas producidas utilizando el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente invención y no necesariamente necesitan garantizar la capacidad de procesamiento de la capa de recubrimiento. Por tanto, el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación puede ser un producto de acero con recubrimiento metálico con mejor soldabilidad que los productos de acero con recubrimiento de aleación de Zn-Al-Mg existentes y los productos de acero con recubrimiento de Zn por inmersión en caliente en aplicaciones limitadas.
Sin embargo, una vez que se logra una procesabilidad excelente en la capa de recubrimiento, el producto de acero con recubrimiento metálico se puede formar en varias formas, como formas circulares o curvas, y los productos de acero con recubrimiento metálico resultantes se pueden usar como materiales de soldadura. Por lo tanto, se consigue preferiblemente una procesabilidad excelente en la lámina de acero recubierta con metal. La procesabilidad de la capa de recubrimiento podría evaluarse presionando una lámina de acero con recubrimiento metálico con excelentes propiedades de prerrecubrimiento en forma de V durante la prueba de flexión en V en condiciones de trabajo en frío y cuantificando la cantidad de polvos formados en la parte inferior del canal en V. Debido a que la capa de aleación de Al-Fe a menudo contiene una fase de Al5Fe como fase principal, una composición que incluye Fe: 25 a 35%, Al: 65 a 75%, Zn: 5% o menos e impurezas: el equilibrio se puede indicar como la composición química de la capa de aleación de Al-Fe.
Por lo general, el espesor de la capa de aleación de Zn-Al-Mg siempre es mayor que el de la capa de aleación de Al-Fe y, en consecuencia, la capa de aleación de Al-Fe contribuye menos a la resistencia a la corrosión en la parte plana de una lámina de acero con recubrimiento metálico que la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Sin embargo, la capa de aleación de Al-Fe contiene ciertas o mayores concentraciones de elementos resistentes a la corrosión, Al y Zn, como se deduce del resultado del análisis de componentes. Por lo tanto, la capa de aleación de Al-Fe tiene ciertos grados de efecto de protección contra la corrosión de sacrificio y efecto de barrera contra la corrosión en el acero rectificado (un producto de acero).
En este sentido, es difícil identificar la única contribución de la capa de aleación de Al-Fe con un espesor delgado a la resistencia a la corrosión por medición cuantitativa. Sin embargo, en casos, por ejemplo, donde la capa de aleación de Al-Fe tiene un espesor suficiente, la capa de aleación de Zn-Al-Mg sobre la capa de aleación de Al-Fe se puede rectificar y eliminar de la superficie de la capa de recubrimiento, por ejemplo, proceso de fresado final, y luego se somete a una prueba de corrosión para evaluar la resistencia a la corrosión atribuida a la capa de aleación Al-Fe sola. Debido a que la capa de aleación de Al-Fe contiene el componente Al y una pequeña cantidad del componente Zn, la presencia de una capa de aleación de Al-Fe provoca la formación de motas de óxido rojo, que es diferente de la formación de una superficie oxidada totalmente roja como se ve en un acero rectificado metálico sin recubrimiento (un producto de acero) sin una capa de aleación de Al-Fe.
Además, cuando se analiza una sección transversal de la capa de recubrimiento justo antes de la formación de óxido rojo en el acero rectificado (un producto de acero) en la prueba de corrosión, se puede observar que la capa de aleación de Al-Fe permanece intacta y evita que el acero rectificado (un producto de acero) de la corrosión incluso si se produce la disolución y la oxidación de la capa superior de aleación de Zn-Al-Mg. Esto se debe a que la capa de aleación de Al-Fe es electroquímicamente más noble que la capa de Zn-Al-Mg y menos noble que el acero rectificado (un producto de acero). Estos pueden indicar que la capa de aleación de Al-Fe también tiene un cierto nivel de resistencia a la corrosión.
Una capa de aleación de Al-Fe más gruesa es más favorable en términos de corrosión y tiene un efecto que retrasa la formación de óxido rojo. Sin embargo, un gran espesor de la capa de aleación de Al-Fe provoca un deterioro significativo de la procesabilidad del prerrecubrimiento y, por lo tanto, la capa de aleación de Al-Fe tiene preferiblemente de un cierto espesor o menos.
La lámina de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación se puede formar en varias formas antes de convertirse en objetos estructurales soldados (es decir, antes de la soldadura). Por lo tanto, todavía se prefiere que el espesor de la capa de aleación de Al-Fe sea de un cierto espesor o inferior con el fin de garantizar la procesabilidad. El espesor óptimo se identifica en términos de procesabilidad y la capa de aleación de Al-Fe preferiblemente no tiene más de 5 gm de espesor, lo que reduce la cantidad de grietas o polvos formados a partir de la capa de aleación de Al-Fe en, por ejemplo, una prueba de flexión en V, y más preferiblemente de no más de 2 gm de espesor.
En comparación con la capa de aleación de Zn-Al-Mg, la capa de aleación de Al-Fe tiene un espesor menor y un punto de fusión más alto, lo que permite proteger el Al contenido como principal sustancia constituyente de la evaporación en la soldadura por arco y mantenerlo, y por lo tanto es irrelevante para la cantidad de orificios generados o LME. Además, el espesor de la capa de aleación de Al-Fe se puede aumentar mediante la incorporación del componente de Al de la capa de aleación de Zn-Al-Mg en las zonas afectadas por el calor de soldadura antes y después de la soldadura. En particular, solo la capa de aleación de Al-Fe se puede encontrar en áreas donde ocurre con frecuencia la entrada de calor de la soldadura (como las áreas detrás de las zonas
soldadas). En este caso, la capa de aleación de Al-Fe puede contener pequeñas cantidades de elementos constituyentes de la capa de recubrimiento, como Zn y Si, además de contener Al, mientras mantiene la estructura cristalina de la fase del compuesto intermetálico Al-Fe. En los casos en que la capa de aleación de Zn-Al-Mg permanece allí, se puede observar una esferoidización de la fase del compuesto intermetálico Al-Fe en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, con aumento del espesor de la capa de aleación de Al-Fe.
La capa de aleación de Al-Fe tiene un cierto nivel de resistencia a la corrosión, como se describió anteriormente, y la selección de una capa de Zn-Al-Mg capaz de dejar intacta la capa de aleación de Al-Fe es por tanto importante para garantizar la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de zonas soldadas. Sin embargo, la capa de aleación de Al-Fe puede crecer mediante el aporte de calor de la soldadura y no es necesario que tenga un gran espesor por adelantado.
A continuación, se describirá la composición química de la capa de recubrimiento.
La composición de la capa de aleación de Zn-Al-Mg contenida en la capa de recubrimiento mantiene casi las mismas proporciones de los componentes del baño de prerrecubrimiento. Debido a que la reacción para formar una capa de aleación de Al-Fe mediante un método de prerrecubrimiento por inmersión en caliente ocurre en un baño de prerrecubrimiento, es típico que la reducción de los componentes de Al y Zn en la capa de aleación de Zn-Al-Mg debido a la formación de una capa de aleación de Al-Fe apenas se produzca.
La capa de recubrimiento tiene la siguiente composición química (en los casos donde la capa de recubrimiento tiene una estructura de una sola capa que consiste en una capa de aleación de Zn-Al-Mg, la composición química de la capa de aleación de Zn-Al-Mg; en los casos en que la capa de recubrimiento tiene una estructura laminada que consiste en una capa de aleación de Al-Fe y una capa de aleación de Zn-Al-Mg, la composición química total de la capa de aleación de Al-Fe y la capa de aleación de Zn-Al-Mg) para evitar la LME y la formación de orificios y para mejorar la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura.
Es decir, la capa de recubrimiento debe tener una composición química que consiste, en masa, en
Zn: de más del 44,90% a menos del 79,90%;
Al: de más del 15% a menos del 35%;
Mg: de más del 5% a menos del 20%;
Ca: de 0,1% a menos de 3,0%;
Si: de 0% a 1,0%;
B: de 0% a 0,5%;
Y: de 0% a 0,5%;
La: de 0% a 0,5%;
Ce: de 0% a 0,5%;
Cr: de 0% a 0,25%;
Ti: de 0% a 0,25%;
Ni: de 0% a 0,25%;
Co: de 0% a 0,25%;
V: de 0% a 0,25%;
Nb: de 0% a 0,25%;
Cu: de 0% a 0,25%;
Mn: de 0% a 0,25%;
Sr: de 0% a 0,5%;
Sb: de 0% a 0,5%;
Pb: de 0% a 0,5%;
Sn: de 0% a 20,00%;
Bi: de 0% a 2,0%;
In: de 0% a 2,0%;
Fe: de 0% a 5,0%; e
Impurezas.
Sin embargo, en la composición química anterior, un grupo de elementos A consiste en Y, La y Ce, y un grupo de elementos B consiste en Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu y Mn, y un grupo de elementos C consiste en Sr, Sb y Pb, y un grupo de elementos D consiste en Sn, Bi e In, y
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0% a 0,5%;
el contenido total de Ca y elementos seleccionados del grupo de elementos A varía de 0,1% a menos de 3,0%;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B oscila de 0% a 0,25%;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C oscila de 0% a 0,5%; y el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D oscila de 0% a 20%.
En la composición química de la capa de recubrimiento, Si, B, Y, La, Ce, Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, Mn, Sr, Sb, Pb, Sn, Bi, In y Fe son componentes opcionales. Es decir, estos elementos pueden no estar contenidos en la capa de recubrimiento. En los casos en los que están contenidos estos elementos opcionales, el contenido de cada elemento opcional se encuentra preferiblemente dentro del intervalo descrito a continuación.
A continuación se describirá cada elemento de la capa de recubrimiento.
<Zn: de más del 44,90% a menos del 79,90%>
El Zn es un elemento necesario para formar una fase principal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y debe estar contenido en una determinada concentración o por encima de ella con el fin de garantizar la resistencia a la corrosión en la parte plana y la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura. (resistencia a la corrosión después de la soldadura) de un producto de acero con recubrimiento metálico. Por un lado, la concentración de Zn, que es la fase de Zn en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, está íntimamente relacionada con la incidencia de LME y la cantidad de orificios generados.
En los casos en que la concentración de Zn no supere el 44,9%, es difícil que la lámina de acero con recubrimiento metálico mantenga la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor de las zonas soldadas. Las regiones sin recubrimiento se forman en las zonas afectadas por el calor de la soldadura (áreas alrededor y detrás de las zonas soldadas) como resultado de la evaporación de la capa de recubrimiento por la entrada de calor de la soldadura. La formación de dichas regiones se reduce preferiblemente tanto como sea posible evitando la evaporación de la capa de recubrimiento. Los ejemplos de un método para prevenir la evaporación de la capa de recubrimiento incluyen un método en el que los elementos que tienen una alta capacidad de protección contra la corrosión de sacrificio y capaces de convertir la fase de Zn en otra fase de compuesto intermetálico menos evaporativa se incorporan por adelantado a la capa de recubrimiento (por ejemplo, un método para prevenir la corrosión en las regiones evaporadas de la capa de recubrimiento con elementos con una alta capacidad de protección contra la corrosión de sacrificio, como Mg y Ca), un método de protección contra la corrosión en el que los elementos resistentes a la corrosión se incorporan a los óxidos formados durante la evaporación, un método en el que se genera una fase de compuesto intermetálico con alta resistencia a la corrosión (por ejemplo, una fase generada por la combinación del elemento Fe y cualquier componente de la capa de recubrimiento) utilizando la entrada de calor de la soldadura y similares. En los casos en que la concentración de Zn no supera el 44,90%, la protección contra la corrosión de sacrificio se ve obstaculizada, lo que dificulta la prevención de la formación de óxido en las áreas alrededor de las zonas soldadas. Por tanto, la concentración mínima de Zn debe estar por encima del 44,90%. Más preferiblemente, la concentración mínima de Zn está por encima del 65,00%.
Por otro lado, en los casos en que la concentración de Zn no es inferior al 74,90%, la fase de Zn aumenta fácilmente, lo que provoca que se produzcan frecuentemente LME y formación de orificios y tiende a deteriorar la soldabilidad. Sin embargo, incluso en los casos en que la concentración de Zn está dentro del rango de 74,90% a 79,90%, la formación de LME y orificios se puede reducir logrando un estado en el que existan fases de compuestos intermetálicos Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si en la capa de recubrimiento, como se describe a continuación. En consecuencia, la concentración máxima de Zn debe ser del 79,90%.
<Al: de más del 15% a menos del 35%>
Al es igualmente un elemento necesario para formar una fase principal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y se requiere que esté contenido en una cierta concentración o por encima de ella con el fin de garantizar la resistencia a la corrosión en la parte plana y la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura (resistencia a la corrosión después de la soldadura) de una lámina de acero con recubrimiento metálico. La presencia de Al aumenta la fase de Al y disminuye la fase de Zn en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Así, un aumento de la concentración de Al tiende a proporcionar una mejor soldabilidad. Los efectos del Al son evitar la evaporación de la capa de recubrimiento por el aporte de calor procedente de la soldadura y mejorar la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de las zonas soldadas mediante la generación de una fase de compuesto intermetálico Al-Fe (como fase de AlsFe, AlFe, AbFe o AtaFe) con un componente del acero rectificado (un producto de acero). Particularmente, en casos donde el espesor de un producto de acero es pequeño, el Al debe estar contenido en una capa de recubrimiento para asegurar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas donde la capa de recubrimiento se evapora por completo. Por lo tanto, la concentración de Al debe estar por encima del 20%. En los casos en que la concentración de Al no supere el 20%, una gran cantidad del componente de Al se disuelve en la fase de Fe del acero rectificado con la ayuda del aporte de calor de la soldadura y, en consecuencia, la capa de aleación de un compuesto intermetálico de Al-Fe se vuelve más delgado en las áreas detrás de las zonas soldadas, por lo que no se puede esperar el efecto de mejorar la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor de las zonas soldadas.
Sin embargo, incluso en los casos en que la concentración de Al está dentro del rango de más del 15 al 20%, el efecto de mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas se puede asegurar incluso si la capa de aleación de Al-Fe se vuelve más delgada, logrando un estado dónde existen las fases de compuesto
intermetálico Ca-Zn-Al y compuestas de Ca-Zn-Al-Si en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, como se describe a continuación.
Por lo tanto, la concentración mínima de Al debe estar por encima del 15%. Además, el efecto descrito a continuación de contener Ca también se usa preferiblemente en combinación para garantizar una mejor resistencia a la corrosión que la de los productos de acero recubiertos con aleación de Zn-Al-Mg existentes en áreas detrás de las zonas soldadas.
Por otro lado, un aumento de la concentración de Al provoca un deterioro extremo de la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor de las zonas soldadas. Por lo tanto, la concentración máxima de Al debe estar por debajo del 35%. En los casos en los que se dé importancia a la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor de las zonas soldadas, la concentración máxima de Al está además preferiblemente por debajo del 30%.
<Mg: de más del 5% a menos del 20%>
Asimismo, el Mg es un elemento necesario para formar una fase principal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y se necesita que esté contenido en una determinada concentración o por encima de ella con el fin de garantizar la resistencia a la corrosión en la parte plana y la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura (resistencia a la corrosión después de la soldadura) de una lámina de acero con recubrimiento metálico. Cuando el Mg está contenido en la capa de recubrimiento, se exhibe un efecto similar al provocado por Zn. Se puede esperar una mejora de la protección contra la corrosión de sacrificio debido a la presencia de Mg.
Por otro lado, convencionalmente se considera que la LME es más pronunciada por la incorporación de Mg en la capa de recubrimiento porque el magnesio es un metal con una presión de vapor baja, de forma similar al Zn. Además, la incorporación de Mg da como resultado una reducción de la soldabilidad, y se han desarrollado varios alambres fundentes para abordar la reducción de la soldabilidad, como se describe anteriormente.
Sin embargo, la selección cuidadosa de la concentración de Mg evita que se intensifique la LME. Por lo general, la LME definitivamente se intensifica por la presencia de Mg en una concentración dentro del rango de 0 a 5%, pero la LME y también la formación de orificios se reducen más por la presencia de Mg en una concentración de más del 5% que la observada en productos de acero recubiertos con Zn normales, lo que conduce a la formación de una forma preferida de capa de recubrimiento. Una concentración de Mg dentro del rango de 0 a 3% hace que el punto de fusión de la capa de recubrimiento disminuya y la fase líquida resultante se vuelva más estable, mientras que una concentración de Mg dentro del rango de 3 a 5% hace que el punto de fusión de la capa de recubrimiento comience a aumentar y, además, una concentración de Mg de más del 5% aumenta la tasa de aumento en el punto de fusión, lo que dificulta la generación de una fase líquida a partir de la capa de recubrimiento y, además, la evaporación de la capa de recubrimiento. En consecuencia, la fracción de la fase de MgZn2, que tiene una mejor soldabilidad que la de la fase de Zn, se incrementa por la presencia de Mg en una concentración dentro del rango de más del 5 a menos del 20% y, en consecuencia, se mejora la soldabilidad. Es decir, se reducen la LME y la formación de orificios. En particular, se prefiere una concentración de Mg de más del 10% porque la tendencia de formar fácilmente un óxido con la ayuda del aporte de calor de la soldadura se utiliza para formar una gran cantidad de MgO en áreas detrás de las zonas soldadas y para mejorar la resistencia a la corrosión. Sin embargo, una concentración de Mg de no menos del 20% provoca un aumento en la viscosidad del baño de recubrimiento y dificulta la formación de la capa de recubrimiento, y también conduce a propiedades de recubrimiento comprometidas y una fácil separación de la capa de recubrimiento. En consecuencia, la concentración máxima de Mg debe ser inferior al 20%.
<Ca: de 0,1% a menos de 3,0%>
El Ca contenido en la capa de recubrimiento conduce a una mayor generación de escoria con un aumento en la concentración de Mg durante una operación de recubrimiento y aumenta la productividad del recubrimiento. Particularmente cuando la concentración de Mg es alta, la eficiencia de la operación de chapado es generalmente pobre; así, la concentración de Ca se modifica preferiblemente para satisfacer la expresión: 0,15 1/20 * Mg < Ca (sin embargo, el símbolo de cada elemento en la expresión representa el contenido del elemento en porcentaje en masa) en los casos en que la concentración de Mg sea superior al 7%.
Además, el Ca contenido en la capa de recubrimiento genera una fase de compuesto intermetálico con Al y Zn. En los casos en los que el Si está contenido además en la capa de recubrimiento junto con el Ca, el Ca genera una fase de compuesto intermetálico con el Si. Estas fases de compuestos intermetálicos tienen cada una estructura estable con un alto punto de fusión y, en consecuencia, tienen un efecto para evitar la evaporación térmica de Zn durante la soldadura, lo que se atribuye a la presencia de Ca. El efecto del Ca aparece a una concentración de no menos del 0,1%, lo que lleva a una reducción de LME y la cantidad de orificios generados y también a un aumento en la cantidad de la capa de recubrimiento que permanece intacta en las áreas alrededor de las zonas soldadas. En los casos en los que Ca no está contenido en la capa de recubrimiento, tiende a ocurrir un deterioro extremo de la soldabilidad. Es decir, la tendencia a la LME y la formación de orificios es pronunciada. En consecuencia, la concentración mínima de Ca no debe ser inferior al 0,1%.
El óxido de calcio se forma durante la soldadura a partir de cada una de las fases de compuestos intermetálicos que contienen Ca porque el Ca es el elemento que se oxida más fácilmente de todos los elementos constituyentes de la capa de recubrimiento. Una capa de óxido que contiene el óxido de calcio permanece sobre la capa de aleación de Al-Fe en áreas detrás de las zonas soldadas mientras mantiene un nivel suficiente de adhesión, y mejora la resistencia a la corrosión en las áreas detrás de las zonas soldadas. Por lo general, los óxidos y similares (trazas de humos) formados en una capa de recubrimiento que no contiene Ca en áreas detrás de las zonas soldadas se eliminarán y apenas quedarán en la capa de aleación de Al-Fe cuando se limpie con un trapo o similar. Sin embargo, en los casos en los que el óxido de calcio está contenido en la capa de óxido, la capa de óxido no se elimina fácilmente sino que se deja sobre la capa de aleación de Al-Fe en un estado denso. Además, la capa de óxido que contiene óxido de calcio es relativamente insoluble, por ejemplo, en una solución acuosa neutra o básica.
Una capa de óxido que queda en la capa de aleación de Al-Fe después de la soldadura normalmente contiene elementos como Zn y Mg, además de Ca, y algunas veces contiene además una pequeña cantidad de Si. La capa de óxido existe como una fase compuesta de esos óxidos. Para obtener los efectos de la capa de óxido que queda, se deben formar fases de compuestos intermetálicos de Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Para la generación de estas fases de compuestos intermetálicos, se requiere que el Ca esté contenido en la capa de recubrimiento a una concentración no inferior al 0,1%. Cuanto mayor sea la concentración de Ca, mayor será la concentración de óxido de calcio contenido en la capa de óxido. El óxido de calcio tiene un efecto sobre la adhesión de una capa de óxido pero solo tiene un efecto insignificante sobre la resistencia a la corrosión de la capa de óxido. Además, en los casos en que Si está contenido en la capa de recubrimiento junto con Ca, se puede generar una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si como una fase que contiene Si, además de la generación de una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al, y la resistencia a la corrosión tiende a mejorar. Sin embargo, la presencia de grandes cantidades de fases de compuestos intermetálicos Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si en la capa de recubrimiento provoca una tendencia a deteriorar la resistencia a la corrosión incluso en la parte plana, además de deteriorar la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de las zonas soldadas. Además, la presencia de dichos compuestos intermetálicos da como resultado un aumento de la escoria y el deterioro de las propiedades del recubrimiento. Por lo tanto, la concentración máxima de Ca debe estar por debajo del 3,0%.
A continuación, se describirán los elementos opcionales en la composición química de la capa de recubrimiento. La adopción de los diversos elementos en la capa de recubrimiento puede impartir soldabilidad y otras características a la capa de recubrimiento.
<Si: de 0,1% a 1,0%>
El Si contenido en la capa de recubrimiento genera una fase de compuesto intermetálico con Mg (por ejemplo, fase de Mg2Si). Además, en los casos en que también se contenga Ca, las fases del compuesto intermetálico Ca-Si (fase de Ca2Si, fase de CaSi y similares) también se generan por la fuerte fuerza de unión entre Si y Ca. Sin embargo, en los casos en que el Si está contenido en una concentración más alta que la de Ca, una fase de Mg2Si todavía se genera. Además, se puede generar una fase de compuesto intermetálico Mg-Al-Si, aunque en pequeña cantidad. En los casos en los que se usan combinados Ca y Si, el Ca está preferiblemente contenido en una concentración igual o superior al doble de la concentración de Si. Cuanto mayor sea la concentración de Ca, menor será el contenido de Mg2Si generado.
Además, se espera que se genere una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si en una capa de recubrimiento que contiene grandes cantidades de Al y Zn. Sin embargo, el compuesto intermetálico no se identifica específicamente utilizando bases de datos convencionales como JCPDS y se desconocen los detalles del compuesto intermetálico. El Si se puede incorporar en un compuesto intermetálico de Ca-Zn-Al como AbCaZn2, sin formar una estructura cristalina rígida, para formar una solución sólida intersticial. El efecto de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si, concretamente el efecto del uso combinado de Ca y Si, es mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas. Estos efectos difícilmente se obtienen de una fase de Mg2Si o fase de MgAISi. Entonces, la concentración mínima de Si es preferiblemente no inferior al 0,1% en términos de obtener este efecto.
Aumentos de la fase de Mg2Si, la fase de MgAlSi y la fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si acompañados por la presencia de Si en un baño de recubrimiento no son deseables en términos de eficiencia operativa debido al aumento de la viscosidad del baño de recubrimiento. Además, la interacción entre los átomos de Si y Ca da como resultado la generación de una fase de compuesto intermetálico de Ca2Si, CaSi o Ca-Zn-Al-Si en gran cantidad. En consecuencia, no se espera una mejora de la eficiencia operativa por la presencia de Ca y, por lo tanto, difícilmente se obtienen excelentes propiedades de recubrimiento. En consecuencia, la concentración máxima de Si no debe ser superior al 1,0%.
<B: de 0,05% a 0,5%>
El B contenido en la capa de recubrimiento tiene un efecto para reducir la LME. Se supone que el B contenido en una concentración no inferior al 0,05% reacciona con los elementos Zn, Al, Mg y Ca en la capa de recubrimiento para generar varias fases de compuestos intermetálicos. En particular, el boro tiene una fuerte afinidad por el Ca, lo que provoca una tendencia para generar una fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B, como la fase de Al2CaB5 (ver Figura 4). Entonces, se considera que la fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B generada tiene un efecto para reducir la LME. Por consiguiente, la concentración mínima de B es preferiblemente no inferior al 0,05%.
Se observan picos de compuestos intermetálicos resultantes de la presencia de B a 31,0°, 33,5° y 35,2° en patrones de difracción de rayos X desde la superficie de la "capa de recubrimiento" probada con un objetivo de Cu, aunque esos picos no se encuentran en los datos de compuestos intermetálicos existentes (JCPDS). Del resultado del análisis, un compuesto intermetálico de CaAl(2 a 4)B(5 a 7) que contiene B en una concentración de no menos del 40% por átomo ha sido identificado como un ejemplo del compuesto intermetálico. Además, a partir de las señales de Zn y Mg detectadas al mismo tiempo en el espectro EDS, el compuesto intermetálico también se considera como un compuesto intermetálico de Ca-Al-B con sustitución de algunos átomos por Zn y Mg (por ejemplo, un compuesto intermetálico de Ca-Al-B en el que algunos de los átomos de Ca y Al están sustituidos por átomos de Mg y Zn, respectivamente). También se considera que el boro puede existir como Zn, productos sustituidos con Ca, como fases de MgB7, MgB4, MgB2, Al2B3, AlB2, AlB12, (Al, Mg)B2 y AlMgBu, además de una fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B.
Además, se considera que la presencia de B tiene un efecto para reducir la LME por difusión de B desde la capa de recubrimiento al acero rectificado y el cambio resultante en la sensibilidad del producto de acero a la LME a través del fortalecimiento del límite de grano. Adicionalmente, se considera que la presencia de B tiene efectos para reducir la conversión de la fase de Zn a una fase líquida y la posterior evaporación con la ayuda del punto de fusión bastante alto del compuesto intermetálico generado, además del efecto anterior.
La presencia de B en un baño de recubrimiento conduce a un fuerte aumento en el punto de fusión de la capa de recubrimiento y al deterioro de la productividad de recubrimiento, lo que a su vez dificulta la producción de productos de acero con recubrimiento metálico con excelentes propiedades de recubrimiento. Por lo tanto, la concentración máxima de B no debe ser superior al 0,5%.
<Grupo de elementos A (Y, La, Ce): de 0,05% a 0,5%>
Y, La y Ce en el grupo de elementos A son elementos que juegan casi los mismos papeles que los del Ca. Esto se debe a que esos elementos tienen radios atómicos cercanos al del Ca. Cuando cualquiera de esos elementos está contenido en la capa de recubrimiento, el elemento puede reemplazar las posiciones del Ca y detectarse en la misma posición que las del Ca mediante análisis EDS. Incluso después de que estos elementos se oxidan para formar óxidos mediante soldadura, esos óxidos se detectan en la misma posición que las del CaO. Cuando esos elementos están contenidos en una concentración de no menos del 0,05% en total, se mejora la resistencia a la corrosión en las áreas detrás de las zonas soldadas. Esto indica que la resistencia a la corrosión de esos óxidos es mayor que la del CaO. Por consiguiente, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos A es preferiblemente no inferior al 0,05%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A también es preferiblemente no inferior al 0,05%.
Por otro lado, en los casos en los que se espera una capa de recubrimiento que contenga cualquier elemento del grupo de elementos A en una cantidad excesiva, se producirá un aumento de la viscosidad del baño de recubrimiento. Por lo tanto, incluso la preparación de un baño de recubrimiento suele ser difícil cuando la concentración total de elementos del grupo de elementos A es superior al 0,5%, lo que dificulta la producción de productos de acero con recubrimiento metálico con excelentes propiedades de recubrimiento. En consecuencia, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos A no debe ser superior al 0,5%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A tampoco debe ser superior al 0,5%.
Los elementos del grupo de elementos A tienen un papel principal como elementos sustituyentes del Ca y, en consecuencia, se requiere que la concentración total de elementos seleccionados del grupo de elementos A sea menor que la concentración de Ca. Así, el contenido total de Ca y elementos seleccionados del grupo de elementos A debe ser de 0,1% a menos de 3,0%.
<Grupo de elementos B (Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu, Mn): de 0,05% a 0,25%>
Cuando los elementos del grupo de elementos B están contenidos en la capa de recubrimiento en un contenido no inferior al 0,05% en total, esos elementos se incorporan a la capa de aleación de Al-Fe durante la soldadura. La presencia de los elementos del grupo de elementos B en la capa de aleación de Al-Fe mejora la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas. Se considera que la incorporación de los elementos del grupo de elementos B mejora la propiedad de aislamiento de la capa de aleación de Al-Fe. Por consiguiente, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos B es preferiblemente no inferior al 0,05%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B también es preferiblemente no inferior al 0,05%.
Por otro lado, en los casos en los que se espera una capa de recubrimiento que contenga cualquier elemento del grupo de elementos B en una cantidad excesiva, se producirá la generación de varias fases de compuestos intermetálicos y un aumento de la viscosidad. Debido a este problema, incluso la preparación de un baño de recubrimiento es a menudo difícil cuando el contenido de elementos del grupo de elementos B es individual o colectivamente superior al 0,25%, lo que dificulta la producción de láminas de acero con recubrimiento metálico con excelentes propiedades de recubrimiento. En consecuencia, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos B no debe ser superior al 0,25%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B tampoco debe ser superior al 0,25%.
En los casos en que los elementos de los grupos de elementos A y B se usan en combinación, es difícil determinar a qué grupo de elementos se atribuye el efecto de mejora de la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas.
<Grupo de elementos C (Sr, Sb, Pb): de 0,05% a 0,5%>
Cuando los elementos del grupo de elementos C están contenidos en la capa de recubrimiento en un contenido de no menos del 0,05% en total, la apariencia de la capa de recubrimiento resultante cambia, en la que se observa la formación de floreado y una apariencia de brillo metálico mejorada. No se produce ningún cambio en la soldabilidad. Por consiguiente, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos C es preferiblemente no inferior al 0,05%. El contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C también es preferiblemente no inferior al 0,05%.
Por otra parte, en los casos en los que se espera una capa de recubrimiento que contenga cualquier elemento del grupo de elementos C en una cantidad superior al 0,5%, se incrementará la generación de escoria en un baño de recubrimiento. Por lo tanto, incluso la preparación de un baño de recubrimiento es a menudo difícil, lo que dificulta la producción de productos de acero recubiertos de metal con excelentes propiedades de recubrimiento. En consecuencia, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos C no debe ser superior al 0,5%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C tampoco debe ser superior al 0,5%.
El Cd también es de forma natural un elemento incluido en el grupo de elementos C y puede detectarse como una impureza traza (con un contenido inferior al 0,1%) en Zn y Pb, pero no se ha confirmado si la presencia de este elemento en La capa de recubrimiento tiene efectos sobre la formación de floreado y similares.
<Grupo de elementos D (Sn, Bi, In): 0,05% a 20,00%; sin embargo, Bi: de 0,05% a 2,0%, In: de 0,05% a 2,0%> Cuando los elementos del grupo de elementos D están contenidos en la capa de recubrimiento en un contenido no inferior al 0,05% en total, se generan nuevas fases de compuestos intermetálicos como las fases de Mg2Sn, Mg3Bi2, y Mg3 In y se detectan en la detección de la capa de recubrimiento. Cualquier elemento del grupo de elementos D no genera ninguna fase de compuesto intermetálico con ninguno de los elementos Zn y Al, que son elementos constituyentes principales de la capa de recubrimiento, sino que genera cualquier fase de compuesto intermetálico solo con Mg. Debido a que se generan esas nuevas fases de compuestos intermetálicos, esos son elementos que conducen a un gran cambio en la soldabilidad de la capa de recubrimiento. Entre esos elementos, Sn es un metal con un punto de fusión bajo y se puede contener sin comprometer las propiedades de un baño de recubrimiento. Cuando los elementos del grupo de elementos D están contenidos en una concentración más alta, se generan mayores cantidades de esas fases de compuestos intermetálicos.
En primer lugar, cualquiera de las fases del compuesto intermetálico tiene un alto punto de fusión y, por lo tanto, permanece como una fase del compuesto intermetálico sin evaporarse incluso después de la soldadura. El Mg, que originalmente es propenso a oxidarse para formar MgO por calor de soldadura, no se oxida cuando genera fases de compuesto intermetálico con Sn, Bi e In, y el Mg en las fases de compuesto intermetálico resultantes se queda fácilmente en la capa de recubrimiento. La presencia de estos elementos aumenta la resistencia a la corrosión/protección contra la corrosión de sacrificio y mejora la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de las zonas soldadas. Aunque MgZn2 es igualmente un compuesto a base de Mg, estos compuestos intermetálicos tienen un mejor efecto de protección contra la corrosión de sacrificio.
En consecuencia, el contenido de cada elemento seleccionado del grupo de elementos D es preferiblemente no inferior al 0,05%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D también es preferiblemente no inferior al 0,05%.
Por otro lado, cualquier elemento del grupo de elementos D, mayoritariamente el Sn, puede estar contenido en una concentración de hasta el 20,00%. En los casos en que la concentración de Sn sea superior al 20,00%, la fracción de la fase de Mg2Sn aumenta y el deterioro de la resistencia a la corrosión se produce bruscamente después de la soldadura. Adicionalmente, lo mismo ocurre cuando el contenido total de Sn, Bi e In es superior al 20,00%. Esto se debe a que el Zn originalmente presente en forma de fase de MgZn2 se convierte en una fase de Zn con aumento de
Mg2Sn, que mejora la LME y la formación de orificios. En consecuencia, el contenido de Sn no debe ser superior al 20,00%. Además, el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D tampoco debe ser superior al 20,00%.
Además, una capa de recubrimiento que contenga Bi o In en una cantidad excesiva es quebradiza y se elimina fácilmente, lo que conduce a malas propiedades de recubrimiento. Además, el deterioro de la resistencia a la corrosión se produce bruscamente después de la soldadura. Por tanto, los contenidos de Bi e In no superan cada uno el 2,0%.
<Fe: de 0% a 5,0%>
El Fe se incorpora a la capa de recubrimiento como una impureza cuando se forma la capa de recubrimiento. Cuanto más gruesa es la capa de aleación de Al-Fe, mayor tiende a ser la concentración de Fe; el contenido de Fe puede ser de hasta alrededor del 5,0%. En los casos en que la capa de recubrimiento se forma mediante un método típico de recubrimiento por inmersión en caliente, el contenido de Fe suele ser inferior al 1%. En los casos en los que se prepara un nuevo baño de recubrimiento, la concentración de Fe en el baño de recubrimiento se incrementa gradualmente mediante la aplicación de un producto original sin recubrimiento metálico (por ejemplo, una lámina original sin recubrimiento metálico). En consecuencia, el aumento gradual en la concentración de Fe del baño de recubrimiento puede evitarse agregando Fe al baño de recubrimiento por adelantado hasta una concentración sobresaturada de alrededor del 0,5%.
<Impurezas>
Las impurezas se refieren a los componentes contenidos en las materias primas o contaminados durante el proceso de producción, en el que los componentes no están destinados a ser incorporados. Por ejemplo, la difusión atómica entre el producto de acero (el acero rectificado) y los materiales en el baño de recubrimiento puede dar como resultado que la capa de recubrimiento contenga trazas de componentes distintos del Fe como impurezas.
<Composición química preferida>
Preferiblemente, en la composición química de la capa de recubrimiento, el contenido de Al es de más del 22% a menos del 35%, y el contenido de Mg es de más del 10% a menos del 20%, y el contenido de Ca es de 0,3% a menos de 3,0%, y el contenido de Si es de 0,1% a 1,0%. Además, el contenido de Ca es preferiblemente igual o superior al doble del contenido de Si. Cuando la concentración de cada uno de los elementos Al, Mg, Ca y Si está dentro del rango correspondiente definido anteriormente, las diversas fases de compuestos intermetálicos descritas anteriormente se generan fácilmente y los efectos para reducir la LME y la formación de orificios y para mejorar la resistencia a la corrosión se mejoran en las zonas afectadas por el calor de soldadura.
Adicionalmente, el contenido de Al puede ser de más del 15% al 22%, o de más del 15% al 20%. Una concentración reducida de Al conduce a una mejora de la resistencia a la corrosión después del recubrimiento.
Muchos de los objetos estructurales soldados se recubren después de la soldadura. En los casos en que las zonas soldadas están expuestas al exterior, las áreas alrededor de las zonas soldadas son propensas a la oxidación roja temprana y, por lo tanto, se aplica preferiblemente cualquier recubrimiento para garantizar la resistencia a la corrosión en las zonas soldadas. Cuando un área alrededor de una zona soldada se recubre, por ejemplo, con un recubrimiento de electrodeposición y luego se observa el comportamiento de la formación de óxido rojo a partir de la zona soldada, se observa una correlación entre la concentración de Al y la resistencia a la corrosión después del recubrimiento. En los casos en los que se recubre una zona soldada, se logra un nivel suficiente de resistencia a la corrosión después del recubrimiento en la zona soldada, incluso si la concentración de Al es superior al 22%. Sin embargo, a partir de la observación del comportamiento de la formación de óxido rojo a partir del área alrededor de la zona soldada, la concentración de Al es preferiblemente no superior al 22%, más preferiblemente no superior al 20%, en términos de prevención de la formación de óxido rojo en un área alrededor de una zona soldada. Se supone que esto se debe a que la resistencia a la corrosión después del recubrimiento se ve afectada por la adhesión de la superficie metálica de la capa de recubrimiento a una película de recubrimiento y la preparación de la superficie, que afecta a la adhesión a una película de recubrimiento, es más efectiva en una capa de recubrimiento que tiene una menor concentración de Al.
A continuación, se describirán las fases constituyentes de la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
La capa de aleación de Zn-Al-Mg es una capa compuesta principalmente por dos fases, a saber, las fases de MgZn2 y Al. La capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene poco o nada de estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2. La capa de aleación de Zn-Al-Mg puede contener adicionalmente una fase de Zn, fases de compuestos intermetálicos y similares.
Específicamente, en una sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg, la fracción de área de la fase de MgZn2 es de 45 a 75%, la fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al no es inferior al 70%, y la fracción de
área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 es de 0 a 5%. Además, la fracción de área de la fase de Zn es preferiblemente inferior al 25%, más preferiblemente inferior al 10%.
La razón para definir la fracción de área de cada fase se describirá a continuación.
Primero, se describirá la fase de MgZn2.
Cuando una fase de MgZn2 está contenida en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se mejora la resistencia a la corrosión de la capa de aleación de Zn-Al-Mg. La fase de MgZn2 es una fase de compuesto intermetálico con una excelente propiedad de aislamiento y, por lo tanto, proporciona una mayor resistencia a la corrosión que la de la fase de Zn. Además, debido a que el Mg está contenido como elemento constituyente, la fase de MgZn2 tiene un potencial de corrosión más bajo que el de la fase de Zn y exhibe una excelente capacidad de protección contra la corrosión de sacrificio, y es favorable como fase que mejora la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de las zonas soldadas. Además, el Mg disuelto durante el curso de la corrosión tiene el efecto de producir un producto de corrosión en un estado denso, lo que tiene un efecto para prevenir la formación de óxido rojo en un nivel más alto que el de un producto de corrosión producido por la fase de Zn sola, pero puede conducir al mantenimiento a largo plazo de la oxidación blanca.
Para la soldabilidad, la fase de MgZn2 juega un papel importante. Los átomos de Zn son propensos a la evaporación en los casos en que esos átomos están presentes como una fase de Zn. Sin embargo, los átomos de Zn son menos propensos a la evaporación en los casos en que esos átomos están presentes como una fase de MgZn2. En primer lugar, la fase de MgZn2 se evapora en un área (como un área detrás de una zona soldada) a una temperatura superior a 1000°C y forma grandes cantidades de óxidos, MgO y ZnO. Estos compuestos intermetálicos se depositan en la capa de aleación de Al-Fe en el área detrás de la zona soldada a través del óxido de Ca, CaO, para mejorar la resistencia a la corrosión en el área detrás de la zona soldada. Además, la fase de MgZn2 se funde en un área (como un área alrededor de una zona soldada) a una temperatura de 1000°C a 500°C, pero puede permanecer allí sin evaporarse.
Además, la fase de MgZn2 que queda después de la soldadura es una fase de MgZn2 originalmente existente en forma masiva en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Convencionalmente, una fase de MgZn2 está en una capa de aleación de Zn-Al-Mg. Sin embargo, la concentración de Mg es baja en cualquier caso y la fase de MgZn2 presente en la capa de aleación de Zn-Al-Mg existe como una estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 y la fracción de la fase de MgZn2 en forma masiva en una estructura seccional arbitraria de la capa de aleación de Zn-Al-Mg es tan pequeña como menos del 5% (ver Figura 1).
Es decir, la fase de MgZn2 que queda después de la soldadura es diferente de la fase de MgZn2 fina en la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 precipitada por una reacción eutéctica. En otras palabras, la fase de MgZn2 que queda después de la soldadura (una fase de MgZn2 cuya fracción de área se define en la presente divulgación) es una fase de MgZn2 precipitada no en forma de estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 sino como una sola fase sólida.
La estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 se evapora fácilmente durante la soldadura y no puede dejar elementos como Mg y Zn en áreas alrededor de las zonas soldadas. Por otro lado, una fase de MgZn2 en forma masiva puede permanecer en áreas alrededor de las zonas soldadas.
En la Figura 2 se muestra una imagen de electrones retrodispersados por SEM de un ejemplo representativo de la capa de recubrimiento de la presente divulgación. Como se muestra en la Figura 2, muchos granos masivos de la fase de MgZn2 se observan en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, que se combinan para formar granos gruesos de la fase de MgZn2. En los casos en que se desea una mayor cantidad de la fase de MgZn2 que queda después de la soldadura, es más preferible que los granos de la fase de MgZn2 se combinen para formar granos gruesos.
La presencia de una fase de MgZn2 en forma masiva dificulta la evaporación de Zn y disminuye la LME y la cantidad de orificios generados. Estos efectos también están relacionados con la fracción de la fase de Zn y los detalles de los efectos se describirán a continuación.
En consecuencia, la fracción de área de la fase de MgZn2 debe ser del 45 al 75%, preferiblemente del 55 al 75%, para reducir la LME y la formación de orificios.
A continuación, se describirá la fase de Al.
La fase de Al incluye una fase a de Al (fase a típica) en la que se disuelve Zn a una concentración de alrededor de 0 a 3% y una fase p de Al (fase p típica) en la que una fase de Zn (fase n) está contenida en una concentración de más del 70% al 85% y la fase de Zn (fase n) se disocia de la fase a típica para formar microestructuras finas (ver Figura 2 y Figuras 5 y 6).
A este respecto, el diagrama de fase de Zn-Al se muestra en la Figura 3. Según el diagrama de fase que se muestra en la Figura 3, la fase de Zn-Al se descompone a 275°C en la fase a en la que el Zn está disuelto a una concentración del 10% y la fase n (fase de Zn) en la que está disuelto poco Al, mediante una reacción eutectoide en condiciones de equilibrio en la reacción final de solidificación.
Sin embargo, un proceso de solidificación para una capa de recubrimiento generalmente incluye una velocidad de enfriamiento rápida, lo que puede provocar que ocurra una situación que no sigue el diagrama de fase. Por ejemplo, en el proceso de solidificación de una capa de recubrimiento, la reacción eutectoide descrita anteriormente no tiene lugar por completo y una fase de Al termoestable que contiene Zn a una concentración de 0 a 85% a menudo permanece como una solución sólida supersaturada de Zn.
Específicamente, la fase p observada con un aumento de 10.000 veces o más indica que está compuesta de fases finas de Al y Zn, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 6. Sin embargo, las propiedades de las fases a y p, como la resistencia a la corrosión y la protección contra la corrosión de sacrificio, son generalmente indicativas de las de la fase de Al y son diferentes de las de la fase de Zn. Por lo tanto, la fase de Al de la presente divulgación también incluye la fase p.
Por ejemplo, en la región indicada por el signo numérico 21 (fase p) en la Figura 6, las áreas coloreadas en blanco y negro corresponden a las fases de Zn y Al, respectivamente.
Además, en los casos en los que se forma una capa de recubrimiento por enfriamiento rápido, por ejemplo, usando agua o similar, una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases a y p típicas pero en diferentes concentraciones) pueden generarse. Las fases a y p típicas se generan principalmente a menos que se proporcione un enfriamiento rápido.
La solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al es una fase que eventualmente no está presente en condiciones normales de enfriamiento lento (bajo las cuales se generan la fase a y la fase n) y se refiere a las fases a y p con composiciones distorsionadas.
Específicamente, una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase a es diferente de la fase a típica de Al y es una fase de Al en la que el Zn está disuelto a una concentración de más del 3% al 70% hasta niveles de sobresaturación. La solución sólida sobresaturada de a-Al-Zn es quebradiza y provoca el deterioro de la procesabilidad.
Una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase p es una fase de Al que contiene una fase de Zn (fase n) en una concentración de más del 70% al 85% y tiene microestructuras finas formadas por disociación entre la fase de Zn (fase n) y una fase a en la que el Zn está disuelto a una concentración de más del 3% al 70% hasta niveles de sobresaturación (una solución sólida sobresaturada de a-Al-Zn). La fase p en la solución sólida sobresaturada de p-Al-Zn también contiene una solución sólida sobresaturada de a-Al-Zn y, en consecuencia, es quebradiza y provoca el deterioro de la procesabilidad.
Como se vio anteriormente, la solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al es una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las típicas fases a y p pero en diferentes concentraciones y provoca el deterioro de la procesabilidad, por lo que no se incluye en la fase de Al de la presente divulgación.
A este respecto, un método para determinar las identidades de las fases de Al (fases a y p) es el siguiente.
Para determinar las identidades de las fases de Al (fases a y p), primero se captura una imagen de electrones retrodispersados por SEM de una sección transversal de una capa de recubrimiento (una superficie de corte de la capa de recubrimiento cortada en la dirección del espesor) (véanse las Figuras 5 y 6).
Para la medición de las fracciones de área de las fases de Al (fases a y p) en una sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se usa la misma imagen de electrones retrodispersados por SEM de una sección transversal de la capa de recubrimiento (una superficie de corte de la capa de recubrimiento cortada en la dirección del espesor) para la medición de la fracción de área de cada fase.
Sin embargo, las Figuras 5 y 6 muestran imágenes de electrones retrodispersados por SEM de una superficie inclinada (en un ángulo de 4°) de una capa de recubrimiento preparada cortando la capa de recubrimiento en la dirección del espesor y puliendo oblicuamente la superficie de corte en un ángulo de 4° desde la superficie cortada, con fines ilustrativos.
A continuación, la fase a se identifica en la imagen de electrones retrodispersados por SEM capturada (ver Figura 5) mediante análisis EDS o similar. En el proceso de solidificación de una capa de recubrimiento por inmersión en caliente, cada fase se precipita de tal manera que una fase a central está rodeada por una fase p. Esto se debe a que la solidificación de la capa de recubrimiento comienza con la cristalización de la fase de Al y luego se transfiere
Zn de la fase de Al resultante que ya no puede contener Zn más debido a la reducción de la solubilidad sólida debido a la solidificación a la fase de Al circundante.
Específicamente, cuando el análisis de componentes cuantitativos se realiza en un área determinada (por ejemplo, 1 pm x 1 pm) de una fase de Al en una imagen de electrones retrodispersados por SEM con un aumento de alrededor de 1000 veces (ver Figura 5), una fase de Al en el que el Zn está disuelto a una concentración de 0 a 3% se identifica como una fase a (fase a típica). Si una fase que rodea a la fase a (fase a típica) es una fase de Al disociada en la fase a típica y la fase de Zn (fase n) para formar microestructuras finas, la fase se identifica como una fase p (fase p típica).
Una fase de Al en la que está disuelto Zn a una concentración de más del 3% al 70% hasta niveles de sobresaturación se identifica como una solución sólida sobresaturada de a-Al-Zn. Además, una fase de Al en la que una solución sólida sobresaturada de a-Al-Zn se disocia de una fase de Zn (fase n) para formar microestructuras finas se identifica como una solución sólida sobresaturada de p-Al-Zn.
En la presente descripción, el Zn es un elemento que se encuentra en la mayor cantidad en la capa de recubrimiento, y el contenido de Al está restringido a de más del 15% a menos del 35%. Por lo tanto, a diferencia de las fases de Al en las láminas de acero recubiertas de Al y recubiertas de Al-Zn comúnmente utilizadas (las denominadas láminas de acero Galvalume (marca registrada) con un contenido de Al de principalmente 55%), la fase Al en la presente divulgación no es un componente principal y no forma una estructura de red tridimensional en la capa de aleación de Zn-Al-Mg; es frecuente que el contenido de la fase de MgZn2 sea la más grande y el contenido de la fase de Al sea la segunda más grande en la organización estructural. En cambio, una estructura peritéctica compuesta por un núcleo de fase de Al rodeado por una fase de MgZn2 es predominante en la capa de aleación de Zn-Al-Mg y forma una estructura de red tridimensional. Esto está relacionado con la relación de combinación en la concentración de Al y Mg en la capa de recubrimiento.
En general, si la relación de concentración de Mg/Al es inferior a 1/10, la ocupación de la fase de Al en la capa de aleación de Zn-Al-Mg aumenta en relación con la de fase de MgZn2. Por otro lado, si la relación de concentración de Mg/Al es 1/10 o más, la ocupación de la fase de MgZn2 aumenta, lo que lleva al fallo en la preparación de una capa de aleación de Zn-Al-Mg que contiene una fase de Al como componente principal. Por lo tanto, la resistencia a la corrosión, la protección contra la corrosión de sacrificio y otras propiedades en, por ejemplo, una parte plana pero no en las zonas soldadas son similares a las de las láminas de acero recubiertas de Zn, en lugar de las de las láminas de acero recubiertas de Al y las recubiertas de Al-Zn.
Una vez expuestas al calor a una temperatura de 500°C o superior procedente de la soldadura, las fases de Al (fase a y p) reaccionan con el Fe de un acero rectificado (un producto de acero) y forman una capa de aleación de Al-Fe de una fase de compuesto intermetálico Al-Fe en forma esférica o masiva. Por ejemplo, las fases de AlFe, ALFe, Al3Fe, Al3,2Fe y Al5Fe2 están compuestas de casi las mismas sustancias constituyentes que las de la capa de aleación de Al-Fe descrita anteriormente y forman fases de compuesto intermetálico en las que algunos átomos de Al se reemplazan por Zn disuelto en las fases de Al. Además, como se describió anteriormente, la capa de aleación de Al-Fe y la fase del compuesto intermetálico Al-Fe tienen cada una un cierto nivel de resistencia a la corrosión para el acero rectificado (un producto de acero). Particularmente en las áreas detrás de las zonas soldadas, la mayoría de Zn y Mg se evaporan u oxidan para formar óxidos, pero el Al forma una capa de aleación de Al-Fe, que mejora la resistencia a la corrosión en las áreas detrás de las zonas soldadas. En, por ejemplo, áreas alrededor de zonas soldadas, la generación de una fase de compuesto intermetálico Al-Fe no es suficiente para formar una capa, y la fase de compuesto intermetálico a menudo exhibe una forma esférica o masiva. La capa de aleación de Al-Fe y la fase de compuesto intermetálico Al-Fe son menos eficaces en la resistencia a la corrosión que la capa de aleación de Zn-Al-Mg, pero contribuyen en cierta medida a la resistencia a la corrosión.
En consecuencia, en términos de mejorar la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura, la fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al deben ser no menos del 70%, preferiblemente no menos del 80%, más preferiblemente no menos del 90% y lo más preferiblemente no menos del 95%. La fracción de área total máxima de las fases de MgZn2 y Al son preferiblemente no más del 98%, más preferiblemente no más del 100%.
La presencia de las fases de MgZn2 y Al en esta fracción de área en total promueve la supervivencia de la capa de aleación de Zn-Al-Mg en las zonas afectadas por el calor de soldadura con una temperatura de 500 a 1000°C, por lo que se puede observar un claro efecto de mejora en la resistencia a la corrosión en las áreas alrededor de las zonas soldadas. En los casos en que la fracción del área total es inferior al 70%, la mayor parte de la capa de aleación de Zn-Al-Mg se evapora, lo que genera una resistencia a la corrosión deficiente en las áreas alrededor de las zonas soldadas.
A continuación, se describirá la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2.
La estructura eutéctica ternaria contiene fases de Al, Zn y MgZn. La morfología de cada fase es variable porque el tamaño de cada fase varía dependiendo de la composición. Sin embargo, debido a que la difusión atómica durante
la solidificación se reduce en la transformación de una estructura eutéctica a una temperatura constante, se forma una red intrincada compuesta de esas fases, en la que cada fase se precipita típicamente para formar microestructuras finas (ver Figura 7).
Por lo general, las fases de Zn son las más grandes y tienen formas de islotes, y la fases de MgZn son las segundas más grandes y llenan los espacios entre las fases de Zn, y las fases de Al a menudo se distribuyen en un patrón similar a puntos en las fases de MgZn2. Las fases que constituyen la estructura no se modifican pero una fase que aparece en forma de islote puede ser una fase de MgZn2, fase de Al o fase de MgZn2 dependiendo de la composición, lo que indica la dependencia de la relación posicional en el cambio en la composición justo antes de la solidificación.
A continuación se describirá un método para determinar la identidad de una estructura eutéctica ternaria.
La presencia de dicha estructura eutéctica ternaria compuesta por fases finas promueve la evaporación de Zn durante la soldadura y aumenta la LME y la cantidad de orificios generados.
En consecuencia, la fracción de área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 debe ser de 0 a 5%, preferiblemente de 0 a 2%. La fracción de área de la estructura eutéctica ternaria es lo más preferiblemente 0%. A continuación, se describirá la fase de Zn.
Una pequeña cantidad de fase de Zn puede estar presente en la capa de aleación de Zn-Al-Mg (ver Figura 2). La presencia de una fase de Zn en la capa de aleación de Zn-Al-Mg es favorable en términos de resistencia a la corrosión y protección contra la corrosión de sacrificio, pero indeseablemente provoca la LME y la formación de orificios durante la soldadura. Además, no se puede esperar resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura porque una fase de Zn se evapora fácilmente. Por lo tanto, también debe controlarse el contenido de la fase de Zn. En los casos en que la concentración de Zn es alta, se genera fácilmente una fase de Zn; sin embargo, en los casos en que la fracción de área de la fase de Zn en la capa de aleación de Zn-Al-Mg no es inferior al 10 %, la LME y la cantidad de orificios generados aumentan.
Sin embargo, incluso en los casos en que la fracción de área de la fase de Zn no sea inferior al 10%, la LME y la formación de orificios se puede reducir logrando un estado en el que existan fases de compuestos intermetálicos Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, como se describe a continuación.
En consecuencia, la fracción de área de la fase de Zn puede ser inferior al 25%.
Sin embargo, la tendencia a ver una pequeña cantidad de fase de Zn como favorable no cambia en términos de soldabilidad.
Por lo tanto, la fracción de área de la fase de Zn debería ser preferiblemente inferior al 10%, más preferiblemente no superior al 5% y aún más preferiblemente no superior al 3%. Sin embargo, la fracción de área de la fase de Zn es idealmente del 0% y no puede ser inferior al 2% en términos de fabricación.
La porción de solidificación final en la capa de recubrimiento (420 a 380°C) suele ser la fase de Zn, pero la precipitación de una sola fase de Zn se puede inhibir tanto como sea posible aplicando cualquier ajuste de componente, adición de elementos e incluso método de solidificación para la reducción de la fase de Zn.
A continuación, se describirán las fases de los compuestos intermetálicos.
La presencia de Ca en la capa de recubrimiento puede provocar la generación de una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Esto se debe a la naturaleza intrínseca del Ca para promover la generación de fases de compuestos intermetálicos con Al y Zn (como fases de CaZn2, CaZns, CaZnn y Al4Ca). En los casos en que la concentración de Ca es alta, una fase de compuesto intermetálico en la que el Ca está unido a esos elementos no se asigna a una sola de estas fases de compuesto intermetálico porque el Ca es muy propenso a la segregación. La fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al se oxida para formar CaO en áreas detrás de las zonas soldadas durante la soldadura y forma una capa de óxido con excelente adhesividad sobre la capa de aleación de Al-Fe. La formación de la capa de óxido mejora la resistencia a la corrosión en las áreas detrás de las zonas soldadas.
En este sentido, la cantidad y el tamaño de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al dependen de la soldabilidad y la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura. En los casos en que los tamaños de los granos son grandes en la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al, la fase del compuesto intermetálico forma fácilmente una capa de óxido de CaO con excelente adhesividad en áreas detrás de las zonas soldadas. Es decir, se potencia el efecto de mejorar la resistencia a la corrosión en áreas situadas detrás de las zonas soldadas. Además, en los casos en que los tamaños de los granos son grandes en la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al, la proporción de Zn que se une a la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al tiende a
aumentar, lo que evita la evaporación de la fase de Zn y también mejora el efecto para reducir la LME y la formación de orificios.
Si se aplica algún tratamiento a una capa de recubrimiento que originalmente tiene un bajo contenido de fase de Zn para formar granos gruesos de una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al, se observa una tendencia a que el efecto de reducción de LME y la formación de orificios sea difícil de detectar.
La fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al puede tener típicamente varias formas (tales como formas cúbicas, en forma de aguja, en forma de varilla e indefinidas) en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Cuando una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al se conforma en una "forma cúbica, en forma de aguja o en forma de varilla", la longitud de la línea más larga (como una línea diagonal) se determina como el tamaño de grano de la fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al. Cuando una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al se forma en una "forma indefinida que excluye las formas cúbica, en forma de aguja y en forma de varilla", el diámetro del círculo correspondiente con un área equivalente se determina como el tamaño de grano de la fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al. Cuando el tamaño de grano promedio de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al es de 1 pm o más, las propiedades de la capa de recubrimiento cambian. Aunque todas las fases de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al detectadas tienen un tamaño de grano de no menos de 1 pm, el efecto para mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas tiende a reducirse cuando no se detecta una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al que tiene un tamaño de grano de no menos de 1 pm. Además, el efecto de reducir la LME y la formación de orificios tiende a reducirse.
Es decir, la presencia de una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al que tiene un tamaño de grano promedio de no menos de 1 pm en la capa de aleación de Zn-Al-Mg potencia los efectos para mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas y para reducir la LME y la formación de orificios. El tamaño de grano promedio máximo de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al no está limitado a un valor particular sino que, por ejemplo, no supera los 100 pm.
La fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al es una fase de compuesto intermetálico que tiene un punto de fusión muy alto y los granos de la fase de compuesto intermetálico se generan justo después de la solidificación de la capa de recubrimiento y existen innumerables en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Además, en los casos en que cualquier fase líquida esté presente en la capa de aleación Zn-Al-Mg durante la solidificación de la capa de recubrimiento, la fase líquida combina las fases adyacentes del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al, lo que reduce el número de fases de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al precipitadas finas y promueve el crecimiento de fases de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al. Cuando se utiliza un método de recubrimiento típico o una técnica de enfriamiento rápido en el proceso de solidificación para una capa de recubrimiento, los granos de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al que tienen tamaños de grano finos (menos de 1 pm) están presentes de forma innumerable. Por otro lado, el enfriamiento lento en condiciones en las que está presente una fase líquida (hasta un punto de fusión de aproximadamente 350°C) da como resultado una reducción en el número de granos de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al y un aumento en el tamaño de grano, lo que conduce a la precipitación de los granos de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al que tienen un tamaño de grano fino de no menos de 1 pm en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. El tamaño de un grano de la fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al aumenta fácilmente cuando las concentraciones de Ca y Al son altas, y puede aumentarse mediante un enfriamiento lento incluso en los casos en que esas concentraciones son bajas.
Además, la presencia de una alta concentración de Si en la capa de recubrimiento puede dar lugar a la generación de una fase de Mg2Si en la capa de aleación Zn-Al-Mg. En los casos en que la concentración de Ca es alta, pueden contener fases de compuestos intermetálicos de Ca2Si, CaSi y Ca-Zn-Al-Si. Cuando estas fases compuestas están presentes en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se potencia el efecto para mejorar la resistencia a la corrosión en las zonas afectadas por el calor de soldadura.
En particular, la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si tiene efectos similares a los de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al (los efectos para mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas y para reducir la LME y la formación de orificios). Además, la presencia de una fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si da como resultado la presencia de Si en una capa de óxido que permanece en la capa de aleación de Al-Fe después de la soldadura, lo que potencia el efecto para mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas.
En particular, en los casos en que los granos de la fase del compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si que tienen un tamaño de grano promedio de no menos de 1 pm (o de 1 a 100 pm) están presentes en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se potencian los efectos para mejorar la resistencia a la corrosión en áreas detrás de las zonas soldadas y para reducir la LME y la formación de orificios, de manera similar al caso de la fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si.
En consecuencia, la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene preferiblemente al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en fase Mg2Si, fase Ca2Si, fase CaSi, fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al y fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si.
Además, la presencia de B en la capa de recubrimiento puede dar lugar a la generación de una fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, en la que la fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B se selecciona del grupo que consiste en fase de AbCaBs y fases compuestas derivadas de la fase de AbCaBs con sustitución de algunos átomos por Zn y Mg, y en la que la fase del compuesto intermetálico Ca-Al-B contiene B en una concentración no inferior al 40% por átomo.
La presencia de esta fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B en la capa de aleación de Zn-Al-Mg es favorable porque se reduce la LME.
Además, la presencia de elementos seleccionados del grupo de elementos D en la capa de recubrimiento (específicamente, la presencia de elementos seleccionados del grupo de elementos D en un contenido de 0,05% a 20% en total) puede dar por resultado la generación de al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en fases de Mg2Sn, Mg3Bi2 y Mg3In en la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
La presencia de esta fase de compuesto intermetálico en la capa de aleación de Zn-Al-Mg mejora la resistencia a la corrosión en áreas alrededor de las zonas soldadas.
En el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación, la dureza de la capa de recubrimiento está incluida en otras propiedades de la capa de recubrimiento. Como se describió anteriormente, la fase de MgZn2 contenida en gran parte en la capa de aleación de Zn-Al-Mg es un compuesto intermetálico duro y otros compuestos intermetálicos formados con elementos añadidos también son generalmente duros, lo que da como resultado que la capa de recubrimiento exhiba una dureza de no menos de 150 Hv.
A continuación, se describirá un método de ejemplo para producir el producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación.
El producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación se obtiene formando la capa de recubrimiento sobre la superficie (una o ambas superficies) de un producto de acero (un producto metálico original sin recubrimiento tal como una lámina metálica original sin recubrimiento) mediante un método de recubrimiento por inmersión en caliente.
Se usan metales puros o aleaciones de una composición predeterminada preparada usando, por ejemplo, un horno de fusión al vacío y se combinan en cantidades predeterminadas y se disuelven en condiciones atmosféricas para preparar un baño de recubrimiento con una composición de interés. Por lo general, se requiere una temperatura de operación igual o superior al punto de fusión de los metales para el recubrimiento por inmersión en caliente.
Para la producción de productos de acero con recubrimiento metálico, los productos de acero laminados, por ejemplo, mediante el molino Sendzimir y reducidos con hidrógeno en condiciones sin oxidación a 800°C, se sumergen directamente en el baño de recubrimiento. El tiempo de inmersión afecta al espesor de la capa de aleación de Al-Fe en la capa de recubrimiento y, por lo general, un tiempo de inmersión de 0,5 segundos es suficiente. El monto del depósito se ajusta mediante una bocanada de gas de N2 después del proceso de inmersión. En el método de producción del producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación, el control de la temperatura en un baño de recubrimiento y en un proceso de solidificación es esencial para el control de la textura. En los casos en que no se realiza el control de la temperatura, no se puede reducir la precipitación de una fase de Zn.
En los casos en los que se adopte la composición de la presente divulgación como la composición química de una capa de recubrimiento, un producto de acero con recubrimiento metálico producido, por ejemplo, con incubación a la temperatura del baño de recubrimiento (el punto de fusión de un baño de recubrimiento 20°C) de 420°C o superior durante un tiempo de retención de no más de 5 segundos después del proceso de chapado (después de retirar el producto de acero del baño de recubrimiento) aumenta la cantidad de fase de Zn que queda en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, que provoca que la porción final de solidificación en la capa de aleación de Zn-Al-Mg sea la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 y tiende a disminuir las cantidades de las fases de Al y MgZn2, lo que lleva a una capa de recubrimiento con mala soldabilidad.
También en los casos en que: 1) se fija un recubrimiento en el rodillo superior, 2) se aplica un enfriamiento rápido utilizando un sistema de enfriamiento por niebla para evitar el fallo en la formación de floreado durante el curso de la solidificación de la capa de recubrimiento, o 3) se aplica enfriamiento a una velocidad de 30°C/s o superior para disminuir la temperatura desde la temperatura del baño de recubrimiento (el punto de fusión de un baño de recubrimiento 20°C) o el punto de fusión del baño de recubrimiento a 150°C después del proceso de recubrimiento, se forma una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las típicas fases a y p pero en diferentes concentraciones) en la capa de aleación de Zn-Al-Mg y la fase de MgZn2 se reduce, lo que provoca un aumento anormal en la cantidad de fase de Zn, lo que conduce a una capa de recubrimiento con una procesabilidad deficiente.
El proceso de solidificación analizado en detalle para la capa de recubrimiento que tiene la composición química de la presente divulgación es el siguiente.
En primer lugar, se forma una capa de aleación de Al-Fe justo después de la inmersión en el baño de recubrimiento, y luego los compuestos intermetálicos que tienen un punto de fusión alto (como las fases de compuesto intermetálico Mg2Si, Ca2Si , CaSi, Ca-Zn-Al y compuesto intermetálico Ca-Al-B) se precipitan primero inmediatamente después de que la temperatura caiga por debajo de cada punto de solidificación propio. Debido a que la cantidad de estas fases es inferior al 5% en total, la mayor parte de la capa de aleación de Zn-Al-Mg se encuentra todavía en forma de fase líquida a una temperatura inmediatamente inferior al punto de fusión del baño de recubrimiento.
Las fases de MgZn2, Al y Zn se precipitan de la fase líquida; en los casos en los que se usa un proceso de solidificación de uso común para una capa de recubrimiento como se describe anteriormente, la rápida velocidad de enfriamiento del proceso de solidificación hace que la fase líquida se mantenga independientemente del diagrama de fase hasta que la temperatura desciende lo suficiente, lo que da como resultado la formación de una estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 o abundante precipitación de la fase de Zn. En los casos en que se utiliza un enfriamiento rápido, se precipita abundantemente una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases típicas a y p pero en diferentes concentraciones). Como resultado, aumentan las estructuras indeseables.
Por otro lado, en condiciones óptimas de enfriamiento, las fases de MgZn2 y Al se dejan crecer lo suficiente manteniéndolas a una temperatura alta igual o superior al punto de fusión de Zn, 420°C. Como resultado, la fracción de área de las fases de MgZn2 y Al en la capa de recubrimiento pueden maximizarse.
En este rango de temperatura, la solidificación sigue la reacción eutéctica de la fase de Al-MgZn2 (que también se puede considerar como una reacción peritéctica porque la fase de Al cristaliza un poco más rápido). Además, la maximización de la cantidad de la fase Al-MgZn2 podría minimizar simultáneamente la cantidad de fase de Zn.
En consecuencia, la incubación a una temperatura del baño de recubrimiento (el punto de fusión de un baño de recubrimiento 20°C) de 420°C o superior después del proceso de metalizado (después de retirar el producto de acero del baño de recubrimiento) debe mantenerse durante más de 5 segundos para lograr la estructura de la capa de recubrimiento de la presente divulgación (es decir, la capa de aleación de Zn-Al-Mg). Es decir, la incubación a una temperatura de 420°C o superior durante un tiempo de retención de más de 5 segundos puede llevar a garantizar un período de tiempo suficiente para precipitar las fases de MgZn2 y Al, que a su vez reduce la precipitación de una fase de Zn, una estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 , o una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases a y p típicas pero en diferentes concentraciones).
Específicamente, se usa una temperatura de baño de recubrimiento (el punto de fusión de un baño de recubrimiento 20°C), y la temperatura se reduce desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento de 5°C/s o menos después del proceso de chapado (después de retirar el producto de acero del baño de recubrimiento), y la incubación a una temperatura de 420°C o superior se mantiene durante más de 5 segundos. Sin embargo, en los casos en que el punto de fusión del baño de recubrimiento sea de 500°C o más, se asegura un período de tiempo suficiente para precipitar las fases de MgZn2 y Al y no se encuentra ningún problema, incluso si la temperatura desciende desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento de 10°C/s o menor.
Cuando la incubación a una temperatura de 420°C o superior se mantiene durante menos de 5 segundos, se aumenta la generación de una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Zn, estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2, o fase de Al.
Además, para el crecimiento de compuestos intermetálicos de Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si, los tamaños de grano de estos compuestos intermetálicos se pueden aumentar durante la solidificación enfriando gradualmente la capa de recubrimiento a una temperatura (aproximadamente de 350°C). a la que la fase líquida desaparece en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. En particular, una baja concentración de Al en el rango de concentración de Al de más del 15% al 20% conduce a la necesidad de mayor tiempo para el crecimiento de estos compuestos intermetálicos, lo que requiere que la temperatura disminuya desde el punto de fusión del baño de recubrimiento a 350°C a una velocidad de enfriamiento de menos de 5°C/s.
Además, la composición química de la capa de recubrimiento que contiene originalmente Mg en abundancia conduce a una capa de recubrimiento dura, como se describe anteriormente, y es inconveniente en términos de procesabilidad y adhesión del recubrimiento. Aunque la mayor parte de las fases de MgZn2 y Al se solidifican, se produce una reacción eutéctica de la fase de Al a la fase de Zn a una temperatura por debajo de 420°C, es decir, los 275°C antes mencionados. Luego, esta reacción eutéctica se completa antes de que la temperatura alcance los 250°C. Si la incubación continúa a temperaturas inferiores a 420°C durante mucho tiempo con el fin de proporcionar
una buena procesabilidad a la capa de recubrimiento, la solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases típicas a y p pero en diferentes concentraciones) desaparece, lo que es una condición favorable en términos de procesabilidad. Sin embargo, la cantidad de fase de Zn precipitada en la reacción eutéctica aumenta mutuamente, lo que sugiere un ligero deterioro de la soldabilidad debido a la mayor cantidad de fase de Zn. Por otro lado, el enfriamiento rápido de la capa de recubrimiento deja la solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases a y p típicas pero en diferentes concentraciones) en el interior, que es indeseable en términos de procesabilidad.
En consecuencia, en consideración de estas propiedades, la velocidad media de enfriamiento aplicada a este rango de temperatura (el rango de temperatura de 420°C a 250°C) está preferiblemente en el rango de 10 a 20°C/s, de manera similar a aquella para el proceso de chapado normal. El enfriamiento a esta velocidad de enfriamiento puede dar por resultado la formación de una capa de aleación de Zn-Al-Mg que casi no contiene una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al (una fase de Al que contiene los mismos componentes que los de las fases típicas a y p, pero en diferentes concentraciones) con sobrecrecimiento de fase sin Zn.
Una velocidad media de enfriamiento de menos de 10°C/s da como resultado una tendencia a que la cantidad de fase de Zn aumente ligeramente, lo que no es deseable en términos de soldabilidad. Por otro lado, una velocidad de enfriamiento promedio de no menos de 20°C/s da como resultado una tendencia a formar una solución sólida sobresaturada de Zn en una fase de Al.
El enfriamiento a una velocidad media de enfriamiento dentro del rango descrito anteriormente aplicado al rango de temperatura de 420°C a 250°C es una medida efectiva particularmente en casos donde la concentración de Al es baja y la concentración de Zn es alta.
En el método de producción del producto de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación, particularmente en los casos en los que se forma una capa de recubrimiento que contiene Al en una concentración en el rango de más del 15 al 20%, se requiere más tiempo para la precipitación de una fase de Al debido a una baja concentración de Al. En consecuencia, para asegurar una buena fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al, se requiere la incubación a una temperatura de 420°C o superior durante un tiempo de retención de más de 5 segundos y enfriamiento desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 350°C (o 250°C) a una velocidad de enfriamiento inferior a 5°C/s.
A continuación, se describirán los métodos para medir diversas propiedades de la capa de recubrimiento.
La composición química de la capa de recubrimiento se mide mediante el siguiente método.
En primer lugar, la capa de recubrimiento se elimina y se disuelve en una solución ácida que contiene un inhibidor de la corrosión del acero rectificado (un producto de acero), para obtener una solución de muestra ácida. Luego, la solución de muestra ácida obtenida se puede medir mediante análisis ICP para obtener la composición química de la capa de recubrimiento (en los casos en que la capa de recubrimiento tiene una estructura de una sola capa que consiste en una capa de aleación de Zn-Al-Mg, la composición química de la capa de aleación de Zn-Al-Mg; en los casos en que la capa de recubrimiento tenga una estructura laminada que consiste en una capa de aleación de Al-Fe y una capa de aleación de Zn-Al-Mg, la composición química total de la capa de aleación de Al-Fe y la capa de aleación de Zn-Al-Mg). El tipo de ácido no se limita a un ácido en particular siempre que pueda disolver la capa de recubrimiento. La composición química promedio se obtiene como la composición química de la capa de recubrimiento.
Además, en los casos en que se determina la composición química individual de las capas de aleación de Al-Fe y Zn-Al-Mg, se prepara una curva estándar para el análisis cuantitativo de cada elemento mediante GDS (espectrofotometría de descarga luminiscente de alta frecuencia). Entonces, la composición química de la capa de recubrimiento en cuestión puede medirse en la dirección de la profundidad. Por ejemplo, se preparan varias muestras de GDS de 30 mm cuadrados a partir de una lámina de acero con recubrimiento metálico de muestra producida. El bombardeo iónico de argón se utiliza para estudiar la distribución de elementos en la dirección de la profundidad desde la superficie de la capa de recubrimiento y se trazan las intensidades máximas de los elementos. Además, se preparan y utilizan muestras estándar correspondientes a los elementos metálicos, como láminas de metal puro, para obtener un gráfico de intensidades de los elementos por adelantado, lo que permite convertir las intensidades en concentraciones. Cuando se utiliza GDS para el análisis de composición química, preferiblemente, el área de una muestra analizada es igual o superior al área de un círculo que tiene un diámetro de 4 mm, y la medición se repite 10 veces, y se adopta la intensidad media correspondiente a cada elemento constituyente en cada posición.
La velocidad de bombardeo iónico es preferiblemente de aproximadamente 0,04 a 0,1 pm/s. Cuando se adoptan los valores de los componentes en la capa de aleación de Zn-Al-Mg analizados en cada posición de análisis GDS, se adopta preferiblemente el promedio de las concentraciones de cada elemento constituyente a profundidades de 1 a
10 pm (5 pm de ancho) para eliminar la influencia de la capa oxidada más externa, despreciando los perfiles de elementos constituyentes obtenidos desde la superficie hasta una profundidad de 1 pm.
Además, cuando se mide la composición química de la capa de aleación de Al-Fe, se define una posición en la que se mide que la intensidad del elemento Fe no es menor que el 95% de la intensidad total de todos los elementos, como límite entre el acero rectificado (un producto de acero) y la capa de recubrimiento (es decir, la capa de aleación de Al-Fe) y la capa desde la superficie de la capa de recubrimiento hasta el límite se define como la capa de aleación de Al-Fe. Haciendo referencia al espesor de la capa de aleación de Al-Fe que se ha obtenido independientemente a partir de la observación por SEM o similar, se adopta el promedio de las concentraciones de cada elemento constituyente a profundidades que cubren el espesor de la capa de aleación de Al-Fe.
Además, las composiciones químicas individuales de las capas de aleación de Al-Fe y Zn-Al-Mg se pueden determinar fácilmente a partir de los valores obtenidos mediante un análisis cuantitativo usando EPMA.
Un método para determinar la identidad de cada fase en la capa de aleación de Zn-Al-Mg (sin embargo, se excluye la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2) es el siguiente.
Las identidades de las fases en la capa de aleación de Zn-Al-Mg pueden determinarse a partir de patrones de difracción de rayos X de la superficie de la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Se necesita que las intensidades de difracción de rayos X se calculen y modifiquen a ángulos de difracción según una fuente de radiación de Cu, aunque se encuentran disponibles fuentes de radiación tales como fuentes de radiación de Cu y Co. Preferiblemente, el rango de exploración es de 5° a 90° con un tamaño de paso de alrededor de 0,01°. La intensidad (cps) en un ángulo de difracción particular se obtiene como el promedio de las intensidades medidas en el rango de más a menos 0,05° del ángulo particular. En los casos en que la cantidad de un componente añadido sea muy pequeña, es posible que no se detecte ningún compuesto intermetálico relacionado con el elemento añadido. En ese caso, la identidad de un compuesto intermetálico traza encontrado en una muestra de TEM que se ha preparado a partir de la capa de aleación de Zn-Al-Mg puede determinarse a partir del patrón de difracción de electrones.
Para la observación de la estructura de la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se pule una sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg y se examina después del grabado nital para observar la estructura, por lo que se pueden medir los espesores de las capas de aleación de Al-Fe y Zn-Al-Mg. El uso del proceso CP permite observar con más detalle la estructura de la capa de recubrimiento. Se utiliza preferiblemente un FE-SEM para la observación de la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
La fracción de área de cada fase en la capa de aleación de Zn-Al-Mg (sin embargo, se excluye la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2) se mide mediante el siguiente método.
Para medir la fracción de área de cada fase en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se utiliza un FE-SEM o TEM equipado con EDS (espectrómetro de rayos X de dispersión de energía). Se puede utilizar un EPMA para la identificación de cada fase.
El proceso CP (pulidor de sección transversal) se aplica a una sección transversal arbitraria de la capa de aleación de Zn-Al-Mg (una sección transversal preparada cortando en la dirección del espesor) como objeto de medición. Después del proceso de CP, se adquieren imágenes de electrones retrodispersados SEM de la sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Las imágenes de electrones retrodispersados SEM se definen como imágenes capturadas en tres o más ubicaciones diferentes para la medición de áreas dentro de una región arbitraria de aproximadamente 100 pm o más (en la dirección del espesor; se selecciona un campo visual que cubre la capa de aleación de Zn-Al-Mg) x 2000 pm (en la dirección paralela a la superficie del producto de acero) con un aumento de 1000 veces (tamaño de la imagen: el espesor aproximado de la capa de aleación de Zn-Al-Mg en pm x aproximadamente 150 pm).
A continuación, se aplica el proceso FIB (haz de iones enfocados) a la misma sección transversal arbitraria de la capa de aleación de Zn-Al-Mg (una sección transversal preparada cortando la capa de aleación de Zn-Al-Mg en la dirección del espesor) como un objeto de medición. Después del proceso FIB, se obtienen patrones de difracción de electrones TEM (microscopio electrónico de transmisión) de la estructura seccional de la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Luego, se identifican los metales o compuestos intermetálicos contenidos en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. A continuación, las identidades de las fases contenidas en la capa de aleación de Zn-Al-Mg se determinan en las imágenes de electrones retrodispersados SEM comparando las imágenes de electrones retrodispersados SEM y los resultados de la identificación de los patrones de difracción de electrones TEM. En la identificación de las fases contenidas en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, se puede realizar un análisis de mapeo EDS y los resultados del análisis de mapeo EDS se pueden comparar con los resultados de la identificación de los patrones de difracción de electrones TEM.
A continuación, en las imágenes de electrones retrodispersados SEM en escala de grises, se determinan tres valores de brillo, matiz y contraste para cada fase contenida en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Debido a que los
tres valores de brillo, tono y contraste correspondientes a cada fase reflejan el número atómico de cada elemento contenido en cada fase, las fases que contienen más Al o Mg, que son elementos con un número atómico bajo, que otras tienden a estar coloreadas más oscuras y las fases que contienen más Zn que otras tienden a tener un color más brillante en las imágenes.
El procesamiento de imágenes por computadora se lleva a cabo para cambiar los colores solo en áreas con tres valores que caen dentro de los rangos anteriores indicados por cada fase contenida en la capa de aleación de Zn-Al-Mg, para ser coherentes con las imágenes de electrones retrodispersados SEM, en base al resultado de la comparación anterior con EDS (por ejemplo, el área de cada fase en un campo visual (en número de píxeles) o similar se calcula en una condición en la que solo una fase particular se muestra visualmente en blanco). Este procesamiento de imágenes se lleva a cabo en cada fase para determinar la fracción de área de cada fase contenida en la capa de aleación de Zn-Al-Mg en cada imagen de electrones retrodispersados SEM.
Además, la fracción de área de cada fase de la capa de aleación de Zn-Al-Mg se define como el promedio de las fracciones de área de cada fase obtenidas al menos en tres campos visuales en una sección transversal arbitraria de la capa de aleación de Zn-Al-Mg (una sección transversal preparada cortando la capa de aleación de Zn-Al-Mg en la dirección del espesor) según la operación descrita anteriormente.
Por cierto, en imágenes de electrones retrodispersados SEM con un aumento de 1000 veces, "las fases de MgZn2, Al y Zn" presentes en la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 son indistinguibles en términos de límites y fracciones de área. Es decir, las fracciones de área de "las fases de MgZn2, Al y Zn" en la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 descrita a continuación se excluyen de las "fracciones de área de la fase de MgZn2, la fase de Al y la fase de Zn" que se determinarán aquí.
Sin embargo, la fracción de área de cada fase, incluso en la estructura eutéctica ternaria, podría determinarse en imágenes ampliadas con un aumento de alrededor de 10.000 veces y, por lo tanto, es posible calcular la fracción de cada fase en el cristal eutéctico ternario bajo las siguientes condiciones para procesamiento de imágenes.
A este respecto, ambas imágenes SEM de secciones transversales de la capa de aleación de Zn-Al-Mg son imágenes de electrones retrodispersados y esas imágenes se distinguen fácilmente entre sí, como se muestra en las Figuras 2 y 4, que se atribuye a las fases constituyentes de la capa de aleación de Zn-Al-Mg (como la fase de Al, la fase de MgZn2 y las fases de Zn) que normalmente tienen una clara diferencia en el número atómico.
Otras fases de compuestos intermetálicos (como el compuesto intermetálico de Ca-Zn-Al) pueden tener valores de contraste cercanos a los de una fase de MgZn2 pero tienen apariencias únicas. Por lo tanto, estas fases de compuestos intermetálicos también son relativamente fáciles de distinguir.
Las fases de compuestos intermetálicos que contienen Si, un elemento con un número atómico bajo (como el compuesto intermetálico de Ca-Zn-Al-Si) también se distinguen con relativa facilidad por el bajo contraste.
Las fases de compuestos intermetálicos que contienen B, un elemento con un número atómico bajo (como la fase de compuesto intermetálico de Ca-Al-B) también se distinguen con relativa facilidad por el bajo contraste, de manera similar a las fases de compuestos intermetálicos que contienen Si. En los casos en que la discriminación sea difícil, se realizará la difracción de electrones TEM.
El tamaño de grano promedio de cada una de las fases del compuesto intermetálico de Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si se determina como sigue.
Entre los granos de cada fase compuesta detectados en la observación SEM descrita anteriormente para medir la fracción de área de cada fase, se seleccionan los cinco tamaños de grano más grandes en cada fase compuesta. Luego, esta operación se replica para cinco campos visuales y la media aritmética de los tamaños de grano del total de 25 granos se define como el tamaño de grano promedio de cada una de las fases del compuesto intermetálico de Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al-Si.
Se identifica una estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 en la capa de aleación de Zn-Al-Mg y se mide la fracción de área de la misma mediante los siguientes métodos.
En primer lugar, una estructura eutéctica compuesta por las fases de Al, Zn y MgZn2 se identifica en una imagen de electrones retrodispersados SEM mediante la misma técnica que se utiliza para medir la fracción de área de cada fase en la capa de aleación de Zn-Al-Mg. Una parte de la estructura correspondiente a un campo de visión rectangular de 3 pm x 4 pm (longitud de la línea diagonal: 5 pm) se observa con un aumento de 30.000 veces (ver la Figura 7). En los casos en que se dibujan dos líneas diagonales dentro del campo de visión rectangular y estas líneas diagonales pasan individualmente a través de una fase de Zn y una fase de MgZn2 o Al, que se extiende alrededor de la fase de Zn, cinco veces o más, la estructura se determina como una estructura eutéctica ternaria. Esta determinación se basa en la presencia de "una estructura compuesta por tres fases finamente dispersas", que es específica de una estructura eutéctica ternaria.
En los casos en los que es improbable que se observe la estructura eutéctica ternaria correspondiente a una región de 3 gm x 4 gm debido a una posible distribución desigual de la estructura eutéctica ternaria o a la composición que impide la formación de una estructura eutéctica ternaria, la estructura se divide en una red de celdas de 1 gm cuadrado. Si una o más celdas contienen todas las fases, la estructura se determina como una estructura eutéctica ternaria.
A continuación, la operación descrita anteriormente se repite en la misma imagen de electrones retrodispersados SEM que se usa para medir la fracción de área de cada fase en la capa de aleación de Zn-Al-Mg (la imagen observada con un aumento de 1000 veces y que tiene un tamaño igual al espesor aproximado de la capa de aleación de Zn-Al-Mg en gm x aproximadamente 150 gm) para captar el contorno (área) de una estructura eutéctica ternaria mientras se confirma la naturaleza continua de la estructura eutéctica ternaria. Luego, se determina la fracción de área de la estructura eutéctica ternaria en la capa de aleación de Zn-Al-Mg en la imagen de electrones retrodispersados SEM.
La fracción de área de la estructura eutéctica ternaria se define como el promedio de las fracciones de área de cada fase obtenidas al menos en tres campos visuales en una sección transversal arbitraria de la capa de aleación de Zn-Al-Mg (una sección transversal preparada cortando la capa de aleación de Zn-Al-Mg en la dirección del espesor) según la operación descrita anteriormente.
Para la dureza de la capa de recubrimiento, la profundidad de una muesca hecha con una carga de 10 gf puede medirse desde la superficie de la capa de recubrimiento para determinar la dureza Vickers. La dureza Vickers se determina preferiblemente como el promedio de los valores medidos en alrededor de 30 posiciones diferentes. La procesabilidad de la capa de recubrimiento se evalúa preferentemente analizando la formación de polvo mediante una prensa durante el ensayo de flexión en V. Se aplica tensión de compresión y se forman polvos en la parte inferior de la V en una lámina de acero con recubrimiento metálico que presenta una deformabilidad plástica deficiente. En los casos en los que la procesabilidad se evalúa más estrictamente, la procesabilidad se evalúa preferiblemente mediante la prueba de doblado por estirado, en la que la pieza de prueba en forma de V se vuelve a poner plana y luego se evalúa mediante desprendimiento de cinta.
A continuación se describirán los tratamientos posteriores que se pueden aplicar a la lámina de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación.
En la lámina de acero con recubrimiento metálico de la presente divulgación, se puede preparar una película de recubrimiento sobre la capa de recubrimiento. La película de recubrimiento puede ser una sola capa o incluir dos o más capas. Los ejemplos de la película de recubrimiento justo por encima de la capa de recubrimiento incluyen películas de recubrimiento de cromato, películas de recubrimiento de fosfato y películas de recubrimiento sin cromato. Puede usarse cualquier método conocido para realizar el recubrimiento de conversión de cromato, el recubrimiento de conversión de fosfato, el recubrimiento sin cromato para la producción de estas películas de recubrimiento.
El recubrimiento de conversión de cromato incluye el recubrimiento de conversión de cromato electrolítico donde se forma una película de recubrimiento de cromato por electrólisis, el recubrimiento de conversión de cromato mediado por una reacción química donde se forma una película de recubrimiento al permitir la reacción de un líquido de recubrimiento con un material de recubrimiento y, posteriormente, eliminar por lavado una cantidad en exceso del líquido de recubrimiento, y recubrimiento de conversión de cromato seco en el lugar donde se forma una película de recubrimiento aplicando un líquido de recubrimiento a un objeto de interés y secando el objeto sin lavarlo. Se puede adoptar cualquiera de los tratamientos.
El recubrimiento de conversión de cromato electrolítico puede incluir varios tipos de recubrimiento de conversión de cromato electrolítico que utilizan ácido crómico, sol de sílice, resinas (como fosfato, resina acrílica, resina de éster de vinilo, emulsión acrílica de acetato de vinilo, látex de estireno-butadieno carboxilado, resina epoxi modificada con diisopropanol amina)) y sílice dura.
Los ejemplos del recubrimiento de conversión de fosfato incluyen el recubrimiento de conversión de fosfato de zinc, el recubrimiento de conversión de fosfato de calcio y zinc y el recubrimiento de conversión de fosfato de manganeso. El recubrimiento sin cromato en particular no impone ninguna carga sobre el medio ambiente y es favorable. El recubrimiento sin cromato incluye el recubrimiento electrolítico sin cromato donde se forma una película de recubrimiento sin cromato por electrólisis, el recubrimiento sin cromato mediado por una reacción química donde se forma una película de recubrimiento al permitir la reacción de un líquido de recubrimiento con un material de recubrimiento y posteriormente lavar una cantidad en exceso del líquido de recubrimiento y el recubrimiento sin cromato seco en el lugar donde se forma una película de recubrimiento al aplicar un líquido de recubrimiento a un objeto de interés y secar el objeto sin lavarlo. Se puede adoptar cualquiera de los tratamientos.
Además, se puede preparar una película de recubrimiento de resina orgánica compuesta por una sola capa o dos o más capas sobre la película de recubrimiento justo por encima de la capa de recubrimiento. La resina orgánica no se limita a un tipo particular de resina e incluye, por ejemplo, resinas de poliéster, resinas de poliuretano, resinas epoxi, resinas acrílicas, resinas de poliolefina y derivados modificados de estas resinas. Los derivados modificados se refieren a las resinas que resultan de la reacción de cualquier grupo funcional reactivo contenido en las estructuras de estas resinas con otro grupo funcional que puede reaccionar con el grupo funcional anterior y está contenido en la estructura de otro compuesto (como un monómero o agente de reticulado).
Dichas resinas orgánicas pueden usarse en combinación con una o más resinas orgánicas (resinas no modificadas), o en combinación con una o más resinas orgánicas producidas por modificación de al menos una resina orgánica en presencia de al menos otra resina orgánica. Además, la película de recubrimiento de resina orgánica puede contener cualquier pigmento colorante o pigmento anticorrosivo. También se puede usar un pigmento acuoso preparado disolviendo o dispersando el pigmento en agua.
EJEMPLOS
(Ejemplo A)
Los baños de recubrimiento se prepararon utilizando un horno de fusión al vacío y cantidades predeterminadas de lingotes de metal puro en condiciones atmosféricas para obtener capas de recubrimiento con que tienen cualquiera de las composiciones químicas indicadas en las Tablas de 1-1 a 1-3. Se usó un aparato de chapado por inmersión en caliente de tipo discontinuo para preparar láminas de acero con recubrimiento metálico.
Se usaron láminas de acero recubiertas con aleación de Zn-Al-Mg y recubiertas con Zn por inmersión en caliente comercialmente disponibles como los materiales comparativos Nos. 102 y 103. Ambos materiales comparativos tienen una capa de recubrimiento con un espesor de 20 gm.
Como lámina metálica original sin recubrimiento, se utilizó una lámina general de acero al carbono laminada en caliente de 3,2 mm de espesor con que tiene un tamaño de 100 x 200 mm (C = 0,15%, Si = 0,005%, Mn = 0,55%, P = 0,015%, S = 0,005%) y se limpió justo antes del recubrimiento mediante desengrasado y decapado con ácido. En la preparación de cualquier muestra, se llevó a cabo el mismo método de reducción en la lámina metálica sin recubrimiento original en el proceso desde la inmersión en un baño de recubrimiento hasta la extracción del baño de recubrimiento. Es decir, una lámina de acero con recubrimiento metálico se calentó desde la temperatura ambiente hasta 800°C mediante calentamiento eléctrico en un medio de N2-H2 (5%) (a un punto de rocío de -40° o menos; una concentración de oxígeno de menos de 25 ppm), se mantuvo durante 60 segundos y luego se enfrió a una temperatura de la temperatura del baño de recubrimiento más 10°C soplando gas N2, y luego se sumergió directamente en un baño de recubrimiento.
El tiempo de inmersión en un baño de recubrimiento se definió como 0,2 segundos para la lámina metálica original sin recubrimiento en cualquier proceso de chapado. Cada lámina de acero con recubrimiento metálico se preparó ajustando la presión del gas en una operación de barrido con gas N2 de tal manera que el espesor de una capa de recubrimiento era de 20 gm (±1 gm). El proceso desde la inmersión en un baño de recubrimiento hasta la finalización del lavado se completó en un segundo mediante el funcionamiento a alta velocidad del aparato de recubrimiento por lotes, y la temperatura se redujo inmediatamente hasta el punto de fusión de una capa de recubrimiento resultante soplando gas N2.
Se llevaron a cabo los siguientes seis procesos de recubrimiento diferentes.
Método A: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión de la capa de recubrimiento resultante. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 250°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 15 (±5)°C/s y de 250°C a 150°C a una velocidad media de enfriamiento de 7,5 (±2,5)°C/s. Sin embargo, la temperatura se reduce desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento de más de 5°C/s y la incubación a una temperatura de 420°C o superior se mantiene durante menos de 5 segundos.
Método B: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión de la capa de recubrimiento resultante. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento (refrigeración por neblina) donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 150°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 40 (±10)°C/s. Sin embargo, la temperatura se reduce desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento de más de 5°C/s y la incubación a una temperatura de 420°C o superior se mantiene durante menos de 5 segundos.
Método C: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 4 (±1)°C/s (incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 5 segundos) y de 420°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 15 (±5)°C/s.
Método D: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 4 (±1)°C/s (incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 5 segundos) y de 420°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 30 (±5)°C/s.
Método E: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 8 (±2)°C/s (incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 5 segundos) y de 420°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 15 (±5)°C/s).
Método F: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 8 (±2)°C/s (incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 5 segundos) y de 420°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 30 (±5)°C/s.
Medición de la fracción de área de cada fase
Se cortaron pedazos de muestra que contenían una sección transversal de una capa de recubrimiento (una sección transversal de la capa de recubrimiento cortada en la dirección del espesor) de las láminas de acero con recubrimiento metálico. Luego, se midieron las fracciones de área de las siguientes fases presentes en la capa de aleación de Zn-Al-Mg según cualquier método existente:
• la fracción de área de la fase de MgZn2,
• la fracción de área de la fase de Al,
• la fracción de área de la fase de Zn,
• la fracción de área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 (indicada en las tablas por "Estructura eutéctica ternaria"),
• la fracción de área de la fase del compuesto intermetálico de Ca-Al-B (indicada en las tablas por "compuesto B"): la fracción de área total de la fase de AbCaBs y las fases compuestas derivadas de la fase Al2CaB5 con sustitución de algunos átomos por Zn y Mg,
• la fracción de área de las fases de compuestos intermetálicos de Mg con Sn, Bi o In (indicadas en las tablas por "compuesto de Sn"): la fracción de área total de las fases de Mg2Sn, Mg3Bi2 y Mg3In
• la fracción de área de otros compuestos intermetálicos: la fracción de área total de la fase de Mg2Si, fase de Ca2Si, fase de CaSi, fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al (indicada en las tablas por "CZA") y fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si (indicada en las tablas por "CZAS") (sin embargo, cada fase con la confirmación de su presencia se indica con "Ex" sin mostrar la fracción de área de la fase).
Soldabilidad por arco de una capa de recubrimiento
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la soldabilidad por arco de una capa de recubrimiento como sigue.
Se prepararon dos muestras de 100 mm cuadrados y se usó una máquina de soldadura de CO2/MAG para soldarlos en una muestra de superposición soldada con filete. Las láminas de acero con recubrimiento metálico se unieron entre sí mediante soldadura por arco con un ancho de superposición de 10 mm a lo largo de un borde de cada lámina de acero con recubrimiento metálico y con un espacio de soldadura de 0 mm y una longitud de tramo de alrededor de 6 mm. La velocidad de soldadura fue de 0,3 m/min; el alambre de soldadura era el alambre macizo YGW14, 912; el caudal de gas de protección de CO2 fue de 15 l/min; la corriente de soldadura fue de 150 a 250 (A); el voltaje del arco fue de 20 a 24 V; la soldadura consistió en dos pasadas. Los cordones de soldadura se confirmaron mediante la observación de cordones de soldadura prospectivos desde la parte superior en la prueba de transmisión de rayos X para determinar la ocupación de los orificios Bs (%).
La ocupación de los orificios Bs de las láminas de acero recubiertas con aleación de Zn-Al-Mg y recubiertas con Zn era de aproximadamente el 40%; una ocupación de orificios Bs de no menos del 40% se calificó como "B", una ocupación de orificios Bs de 20 a 40% se calificó como "A" y una ocupación de orificios Bs de menos del 20% se calificó como "S".
Evaluación de LME
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la LME como sigue.
Se soldó un alambre de soldadura de acero inoxidable de 91,2 mm (JIS Z3323 YF309LC) a la mitad de cada lámina de acero con recubrimiento metálico que tenía un tamaño de 70 mm x 150 mm según las condiciones de soldadura descritas anteriormente (sin embargo, una pasada) por soldadura de cordón sobre lámina durante una longitud de 75 mm y un ancho de 3 a 5 mm para preparar una muestra de ensayo de cordón sobre lámina. Luego, la presencia o ausencia de grietas en cada muestra de prueba fue confirmada por la prueba de penetración.
En las láminas de acero recubiertas de aleación de Zn-Al-Mg y recubiertas de Zn, se detectó LME en varios lugares, mostrando grietas detectables visualmente con una longitud de no menos de 3 mm.
Luego, la LME que mostraba una grieta detectable visualmente con una longitud de no menos de 5 mm se calificó como "B".
En un caso donde no se detectó LME en una zona soldada (metal de soldadura) sino un rastro de marcador confirmado en el límite entre el metal de soldadura y la zona afectada por el calor de soldadura (HAZ) que tenía una longitud de menos del 5% de la longitud de la circunferencia y, sin embargo, la observación de EPMA de una sección transversal de una grieta no indicó presencia de Zn alrededor de la grieta, el caso se calificó como "A". En un caso donde no se detectaron grietas en un área alrededor de una zona soldada (metal de soldadura) y ningún rastro de marcador, el caso se calificó como "S".
Resistencia a la corrosión en un área detrás de una zona soldada
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la resistencia a la corrosión en un área detrás de una zona soldada como sigue.
Las muestras de ensayo de cordones en lámina se obtuvieron de la misma manera que en la evaluación de LME. Se evaluó la superficie posterior de cada muestra para determinar la formación de óxido rojo en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 90 a 180 ciclos de la prueba de corrosión acelerada (JASO M 609-91). En la lámina de acero recubierta con aleación de Zn-Al-Mg, se formaron motas de óxido en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 90 ciclos. En la lámina de acero recubierta de Zn se formó una superficie oxidada totalmente roja.
La detección de motas rojas de óxido en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 90 ciclos se calificó como "B".
La detección de motas rojas de óxido en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 120 ciclos se calificó como "A".
La detección de motas rojas de óxido en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 150 ciclos se calificó como "AA".
La detección de motas rojas de óxido en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 180 ciclos se calificó como "AAA".
La detección de ninguna formación de óxido rojo en la superficie posterior de un cordón de soldadura después de 180 ciclos se calificó como "S".
Resistencia a la corrosión en un área alrededor de una zona soldada
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la resistencia a la corrosión en un área alrededor de una zona soldada como sigue.
Las muestras de ensayo de cordón en lámina se obtuvieron de la misma manera que en la evaluación de la LME. La superficie de cada muestra de prueba se usó en la prueba de niebla salina (JIS Z 2371) durante 1.000 a 1.300 horas para evaluar la resistencia a la corrosión.
En la lámina de acero recubierta de aleación de Zn-Al-Mg, se detectó un goteo de agua que contenía óxido rojo desde un área alrededor de una zona soldada después de 1.000 horas. En la lámina de acero recubierta de Zn se formó una superficie oxidada totalmente roja.
La detección de motas rojas de óxido en un área alrededor de una zona soldada después de 1.000 horas se calificó como "B".
La detección de motas rojas de óxido en un área alrededor de una zona soldada después de 1.100 horas se calificó como "A".
La detección de motas rojas de óxido en un área alrededor de una zona soldada después de 1.200 horas se calificó como "AA".
La detección de motas rojas de óxido en un área alrededor de una zona soldada después de 1.300 horas se calificó como "AAA".
La detección de ninguna formación de óxido rojo en un área alrededor de una zona soldada después de 1.300 horas se calificó como "S".
Procesabilidad de una capa de recubrimiento
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la procesabilidad de una capa de recubrimiento como sigue.
La prueba de flexión en V 10R-90° se realizó en cada lámina de acero con recubrimiento metálico y se adjuntó una cinta de celofán de 24 mm de ancho a la depresión en V y luego se despegó para detectar visualmente cualquier formación de polvo en la depresión.
La detección de polvos despegados adheridos a la cinta se calificó como "B".
La detección de polvos no despegados en la cinta se calificó como "A".
Los resultados del Ejemplo A se resumen en las Tablas 1-1 a 1-6.
Tabla 1-1-1
Tabla 1-1-2
Tabla 1-2-1
Tabla 1-2-2
a b l a 1 - 3 -1
Tabla 1-3-2
Tabla 1-4-2
Tabla 1-5-2
Tabla 1-6-2
(Ejemplo B)
Los baños de recubrimiento se prepararon utilizando un horno de fusión al vacío y cantidades predeterminadas de lingotes de metal puro en condiciones atmosféricas para obtener capas de recubrimiento con cualquiera de las composiciones químicas indicadas en la Tabla 2-1. Se usó un aparato de recubrimiento por inmersión en caliente de tipo discontinuo para preparar las láminas de acero con recubrimiento metálico.
Como lámina metálica original sin recubrimiento, se utilizó una lámina general de acero al carbono laminada en caliente de 3,2 mm de espesor con que tiene un tamaño de 100 x 200 mm (C = 0,15%, Si = 0,005%, Mn = 0,55%, P = 0,015%, S = 0,005%) y se limpió justo antes del chapado mediante desengrasado y decapado con ácido.
En la preparación de cualquier muestra, se llevó a cabo el mismo método de reducción en la lámina metálica sin recubrimiento original en el proceso desde la inmersión en un baño de recubrimiento hasta la extracción del baño de recubrimiento. Es decir, una lámina de acero con recubrimiento metálico se calentó desde la temperatura ambiente hasta 800°C mediante calentamiento eléctrico en un medio de N2-H2 (5%) (a un punto de rocío de -40° o menos; una concentración de oxígeno de menos de 25 ppm), se mantuvo durante 60 segundos y luego se enfrió a una temperatura de la temperatura del baño de recubrimiento más 10°C soplando gas N2, y luego se sumergió directamente en un baño de recubrimiento.
El tiempo de inmersión en un baño de recubrimiento se definió como 0,2 segundos para la lámina metálica original sin recubrimiento en cualquier proceso de recubrimiento. Cada lámina de acero con recubrimiento metálico se preparó ajustando la presión del gas en una operación de barrido con gas N2 de tal manera que el espesor de una capa de
recubrimiento era de 20 pm (±1 pm). El proceso desde la inmersión en un baño de recubrimiento hasta la finalización de la limpieza se completó en un segundo mediante el funcionamiento a alta velocidad del aparato de recubrimiento de tipo discontinuo, y la temperatura se redujo inmediatamente al punto de fusión del baño de recubrimiento soplando gas N2. Se llevaron a cabo los dos procesos de recubrimiento diferentes siguientes.
Método C (similar al del Ejemplo A: la temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, la operación de limpieza se completó a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 420°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 4 (±1)°C/s (la incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 5 segundos) y de 420°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 15 (±5)°C/s.
Método G: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 350°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 4 (±1)°C/s (la incubación a una temperatura de 420°C o mayor se retuvo durante más de 7 segundos) y de 350°C a 250°C a una velocidad media de enfriamiento de 15 (±5)°C/s.
Método H: La temperatura del baño de recubrimiento era el punto de fusión de un baño de recubrimiento más 20°C. Después de retirar la lámina metálica original sin recubrir del baño de recubrimiento, se completó la operación de limpieza a una temperatura justo por encima del punto de fusión del baño de recubrimiento. La capa de recubrimiento se obtuvo en un proceso de enfriamiento donde la temperatura disminuyó desde el punto de fusión del baño de recubrimiento hasta 250°C a una velocidad de enfriamiento promedio de 4 (±2)°C/s (la incubación a una temperatura de 420°C o superior se retuvo durante más de 10 segundos).
Las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron de manera similar al Ejemplo A para determinar la fracción de área de cada fase y evaluar diversas propiedades.
Sin embargo, cuando se confirmó la presencia de las fases de los compuestos intermetálicos Ca-Zn-Al y Ca-Zn-Al, se midió el tamaño de grano promedio de cada fase compuesta según cualquier método existente. Luego, los tamaños medios de grano se muestran en tablas. La unidad para los tamaños medios de grano es "pm".
Además, las láminas de acero con recubrimiento metálico obtenidas se usaron para evaluar la resistencia a la corrosión después del recubrimiento como sigue.
Las muestras de prueba de cordón en lámina se prepararon de la misma manera que en la evaluación de LME realizada en el Ejemplo A. El acondicionamiento de la superficie se realizó a temperatura ambiente durante 20 segundos en cada muestra de prueba usando un agente de tratamiento de acondicionamiento de superficies (nombre del producto: Prepalene-X) fabricado por Nihon Parkerizing Co., Ltd.
A continuación, se realizó el recubrimiento de conversión de fosfato utilizando una solución de tratamiento de conversión a base de fosfato de zinc (nombre del producto: Palbond 3020) fabricada por Nihon Parkerizing Co., Ltd. Específicamente, el producto de acero laminado en caliente se sumergió en la solución de tratamiento a 43°C durante 120 segundos. La inmersión dio como resultado la formación de una película de recubrimiento de conversión de fosfato sobre la superficie del producto de acero.
A continuación, la muestra de prueba de cordón en lámina después del recubrimiento de conversión de fosfato se pintó con una pintura de electrodeposición catiónica fabricada por Nipponpaint Co., Ltd., mediante recubrimiento por electrodeposición con aplicación de electricidad en pendiente a 160 V, y luego se horneó a 170°C durante 20 minutos. El espesor promedio de la película de recubrimiento después del recubrimiento por electrodeposición fue de 15 pm en cualquier muestra.
A continuación, la muestra de prueba se sometió a la prueba JASO (M609-91) para identificar la formación de óxido rojo alrededor de un cordón después de la pintura.
La detección de motas rojas de óxido en un cordón de soldadura o en una zona afectada por el calor antes de los 90 ciclos se calificó como "B".
La detección de manchas rojas de óxido en un cordón de soldadura o en una zona afectada por el calor antes de los 120 ciclos se calificó como "A".
La detección de motas rojas de óxido en un cordón de soldadura o en una zona afectada por el calor antes de los 150 ciclos se calificó como "AA".
La detección de manchas rojas de óxido en un cordón de soldadura o en una zona afectada por el calor antes de los 180 ciclos se calificó como "AAA".
Los resultados del Ejemplo B se resumen en las Tablas 2-1 a 2-2.
Tabla 2-1-1
Tabla 2-1-2
Tabla 2-2-2
Aunque las realizaciones preferidas de la presente divulgación se han descrito en detalle con referencia a las figuras adjuntas, la presente divulgación no se limita a ellas. Obviamente, varios cambios o modificaciones dentro del espíritu y alcance definidos en las reivindicaciones adjuntas pueden ocurrírsele a una persona con conocimientos ordinarios en la técnica a la que pertenece la presente divulgación, y se va a entender que dichos cambios o modificaciones deben estar dentro del alcance técnico de la presente divulgación.
Los objetos indicados por signos numéricos en las Figuras 1 a 5 son los siguientes.
1: Fase de Al (incluida la fase de Zn fina)
2: fase de MgZn2 (en forma masiva)
3: estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2
4: fase de MgZn2 (en forma masiva)
5: fase de Al (a-fase)
6: Fase de Al (fase p)
7: fase de Zn
8: Compuesto intermetálico Ca-Al-B compuesto de fase B (fase de Al2CaB5: con una relación atómica estimada por análisis EDS cuantitativo)
9: Fase de Zn en estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2
: fase de MgZri2 en estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 : Fase de Al en estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2
: fase a (fase a típica)
: fase p (fase p típica)
0: capa de recubrimiento
0A: capa de recubrimiento
1: Capa de aleación de Zn-Al-Mg
1A: Capa de aleación de Zn-Al-Mg
2: Capa de aleación de Al-Fe
2A: Capa de aleación de Al-Fe
Claims (8)
1. Un producto de acero con recubrimiento metálico que incluye un producto de acero y una capa de recubrimiento que se proporciona sobre una superficie del producto de acero y comprende una capa de aleación de Zn-Al-Mg,
en el que, en una sección transversal de la capa de aleación de Zn-Al-Mg, una fracción de área de la fase de MgZn2 es de 45 a 75%, una fracción de área total de las fases de MgZn2 y Al no es inferior al 70%, y una fracción de área de la estructura eutéctica ternaria de Zn-Al-MgZn2 es de 0 a 5%, y
en el que la capa de recubrimiento tiene una composición química que consiste, en masa, en:
Zn: de más del 44,90% a menos del 79,90%;
Al: de más del 15% a menos del 35%;
Mg: de más del 5% a menos del 20%;
Ca: de 0,1% a menos de 3,0%;
Si: de 0% a 1,0%;
B: de 0% a 0,5%;
Y: de 0% a 0,5%;
La: de 0% a 0,5%;
Ce: de 0% a 0,5%;
Cr: de 0% a 0,25%;
Ti: de 0% a 0,25%;
Ni: de 0% a 0,25%;
Co: de 0% a 0,25%;
V: de 0% a 0,25%;
Nb: de 0% a 0,25%;
Cu: de 0% a 0,25%;
Mn: de 0% a 0,25%;
Sr: de 0% a 0,5%;
Sb: de 0% a 0,5%;
Pb: de 0% a 0,5%;
Sn: de 0% a 20,00%;
Bi: de 0% a 2,0%;
In: de 0% a 2,0%;
Fe: de 0% a 5,0%; e
impurezas,
en el que, siempre que un grupo de elementos A consista en Y, La y Ce, un grupo de elementos B consista en Cr, Ti, Ni, Co, V, Nb, Cu y Mn, un grupo de elementos C consista en Sr, Sb, y Pb, y un grupo de elementos D consista en Sn, Bi e In:
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0% a 0,5%; un contenido total de Ca y elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0,1% a menos de 3,0%;
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B oscila de 0% a 0,25%;
un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C oscila de 0% a 0,5%; y un contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D oscila de 0% a 20,00%.
2. El producto de acero con recubrimiento metálico según la reivindicación 1, en el que la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en fase de Mg2Si, fase de Ca2Si, fase de CaSi, fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al y fase de compuesto intermetálico Ca-Zn-Al-Si.
3. El producto de acero con recubrimiento metálico según la reivindicación 1 o 2, en el que los contenidos de Al, Mg, Ca y Si, respectivamente, oscilan de más del 22% a menos del 35%, de más del 10% a menos del 20%, de 0,3% a menos del 3,0%, y del 0,1% al 1,0%.
4. El producto de acero con recubrimiento metálico según la reivindicación 1 o 2, en el que el contenido de Al oscila de más del 15% a 22%.
5. El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el contenido de B oscila de 0,05% a 0,5% en masa en el caso de que la capa de recubrimiento contenga B;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos A oscila de 0,05% a 0,5% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos A;
el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos B oscila de 0,05% a 0,25% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos B; y el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos C oscila de 0,05% a 0,5% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del grupo de elementos C.
6. El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene una fase de compuesto intermetálico Ca-Al-B seleccionada del grupo que consiste en fase de Al2CaB5 y fases compuestas derivadas de la fase de AhCaB5 con sustitución de algunos átomos por Zn y Mg, y en el que la fase del compuesto intermetálico Ca-Al-B contiene B en una concentración no inferior al 40% por átomo.
7. El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el contenido total de elementos seleccionados del grupo de elementos D oscila de 0,05% a 20% en masa en el caso en que la capa de recubrimiento contenga elementos seleccionados del elemento grupo D; y
la capa de aleación de Zn-Al-Mg contiene al menos una fase de compuesto intermetálico seleccionada del grupo que consiste en fase de Mg2Sn , fase de Mg3Bi2 y fase de Mg3In.
8. El producto de acero con recubrimiento metálico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa de recubrimiento contiene una capa de aleación de Al-Fe entre el producto de acero y la capa de aleación de Zn-Al-Mg.
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