ES3057930T3

ES3057930T3 - Method for the fabrication of a steel product comprising a step of characterization of a layer of oxides on a running steel substrate

Info

Publication number: ES3057930T3
Application number: ES16791440T
Authority: ES
Inventors: Gabriel Fricout; David Glijer
Original assignee: ArcelorMittal SA
Current assignee: ArcelorMittal SA
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2026-03-05
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: PL3356803T3; US10859370B2; RU2018111197A; WO2017056061A1; RU2702818C2; JP6695965B2; MX2018003876A; WO2017055895A1; JP2018529965A; BR112018005137B8; KR102116622B1; MX386647B; BR112018005137A2; BR112018005137B1; JP2020098214A; AU2016333018B2; ZA201801681B; AU2016333018A1; CA2999801A1; RU2018111197A3

Abstract

Método para la fabricación de un producto de acero que comprende una etapa de caracterización de una capa de óxidos (22) presente en un sustrato de acero en ejecución (21), comprendiendo la caracterización las etapas de: - proporcionar una porción del sustrato de acero que comprende una capa de óxidos en donde la porción define una superficie de óxido, - recolectar luz (Lr) de dicha superficie de óxido utilizando una cámara hiperespectral (20) para obtener valores de intensidad (Iλ,M) respectivamente representativos de una intensidad de una parte (Lrλ,M) de la luz recolectada, en donde cada parte se recolecta respectivamente de uno de una pluralidad de puntos (M) ubicados en dicha superficie de óxido y respectivamente tiene una longitud de onda (λ) de una pluralidad de longitudes de onda, - comparar los valores de intensidad obtenidos con valores de intensidad de referencia obtenidos para óxidos de referencia, y - calcular cantidades de óxidos de referencia en la capa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento para la fabricación de un producto de acero comprendiendo una etapa de caracterización de una capa de óxidos sobre un sustrato de acero en movimiento

[0003] La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un producto de acero comprendiendo una etapa de caracterización de una capa de óxidos presente sobre un sustrato de acero, comprendiendo las etapas de recoger luz procedente de una superficie de óxido formada por la capa y usar la luz recogida con el fin de obtener la composición de esta capa y, opcionalmente, su espesor.

[0004] La invención también se refiere a una instalación para tratar una superficie de una banda de aleación ferrosa, como una banda de acero, por ejemplo, en vista de un tratamiento de galvanización, comprendiendo un dispositivo adaptado para llevar a cabo el procedimiento.

[0005] El espesor de dicha capa de óxidos, por ejemplo, varía desde diez hasta unos pocos cientos de nanómetros.

[0006] El calentamiento de la banda de acero durante una etapa de recocido, por ejemplo, antes de un recubrimiento por galvanización, tiene lugar, en general, en un horno de recocido de fuego directo o en un horno de recocido de tubos radiantes. Sin embargo, el uso de estos hornos para calentar la banda puede conducir a la formación de óxidos en las superficies de la banda, los cuales se eliminan, en general, mediante etapas adicionales de decapado y/o granallado antes del recubrimiento. De no hacerlo, la mojabilidad del metal líquido que se va a aplicar sobre la superficie de la chapa de acero puede ser demasiado baja, generando zonas sin recubrimiento sobre la superficie del acero.

[0007] Este inconveniente se produce particularmente cuando la composición de la banda incluye cantidades significativas de elementos fácilmente oxidables tales como Si, Mn, Al, Cr, B, P, etc.

[0008] Los contenidos por encima de los cuales puede aparecer este inconveniente son aproximadamente 0,5 % en peso para Si, Mn, Al, P y Cr, y 5 ppm para B, si estos elementos se consideran individualmente. Pero estos límites pueden ser sensiblemente menores cuando varios de estos elementos están presentes en el acero. Por ejemplo, un acero endurecible al horno libre de intersticios con 0,2 % de Mn, 0,02 % de Si y 5 ppm de B ya puede experimentar dichos problemas de mojabilidad, debido a la presencia de B que se difunde rápidamente hasta la superficie de la banda y provoca que los óxidos de Mn y Si precipiten en forma de películas continuas.

[0009] En términos generales, este riesgo de mala mojabilidad por metal líquido también se cumple en todos los aceros de alta resistencia, ya comprendiendo al menos uno de dichos elementos, como los aceros de doble fase, los aceros de plasticidad inducida por transformación (Transformation Induced Plasticity, TRIP), los aceros de plasticidad inducida por maclado (TWining-Induced Plasticity, TWIP), los aceros eléctricos, etc. Para los aceros de doble fase, la cantidad de Mn es generalmente inferior al 3 % en peso, con la adición de Cr, Si o Al en una cantidad generalmente inferior al 1 % en peso. Para los aceros TRIP, la cantidad de Mn es generalmente inferior al 2 % en peso asociado con un máximo del 2 % en peso de Si o Al. Para el acero TWIP, la cantidad de Mn puede ser tan alta como 25 % en peso, asociada con Al o Si (máximo del 3 % en peso).

[0010] Los aceros de baja densidad que contienen particularmente Al y/o Si en grandes cantidades (hasta un 10 % en peso) también son sensibles a este fenómeno, así como, por ejemplo, los aceros inoxidables de alto Cr para tratamientos térmicos.

[0011] Como consecuencia, la detección e identificación de una capa de óxido sobre una banda de acero constituye un aspecto importante. Actualmente, la técnica más usada para determinar el tipo de óxido presente en la superficie de un sustrato de acero es la espectrometría infrarroja, más precisamente la espectrometría infrarroja de reflexión y absorción (Infrared Reflection Absorption Spectrometry, IRRAS). Tiene la ventaja de no ser destructiva.

[0012] Con dicha técnica, también es posible evaluar el espesor de la capa de óxido. Sin embargo, una técnica óptica no destructiva preferida para determinar el espesor de una capa es la elipsometría nanométrica.

[0013] Desafortunadamente, tanto la espectrometría infrarroja como la elipsometría requieren un tiempo de adquisición relativamente largo, que varía desde segundos hasta minutos, lo cual no permite implementarlas en línea en una instalación de producción.

[0014] Además, la mayoría de las técnicas comúnmente conocidas no permiten trabajar ni sobre un producto caliente, tal como un producto dentro de un horno de recocido, ni sobre un producto frío, tal como un producto a la salida de una línea de decapado.

[0015] [0013]Según su resumen, el documento JP H10325755 describe cómo medir continuamente un óxido en una capa de óxido de placas sinterizadas, sin una cámara hiperespectral. Más en detalle, este documento describe un medio de proyección de luz para proyectar luz infrarroja sobre placas de acero electromagnético recocidas, un medio de distribución de luz incluyendo un medio de división de luz externa, un filtro infrarrojo para dividir la luz infrarroja separada por el medio de división de luz infrarroja, y un medio de conversión fotoeléctrica para convertir la intensidad de la luz transmitida a través del filtro en una señal eléctrica. Estos últimos están dispuestos en cada una de una pluralidad de trayectorias ópticas. El dispositivo incluye además un medio de procesamiento de datos para determinar cuantitativamente los constituyentes del óxido de la chapa de acero recocida basándose en las señales eléctricas.

[0016] El artículo “Automatic Slag Characterization based on Hyperspectral Image Processing”; de Rodríguez, S. y col.; publicado en: 2010 IEEE 15th Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, ETFA 2010; 13-16 de septiembre de 2010, Piscataway, NJ, EE. UU., describe el uso de una cámara hiperespectral.

[0017] Un objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento de caracterización de una capa de óxidos presente sobre un sustrato de acero que solucione o reduzca al menos algunos de los problemas mencionados anteriormente, en particular que sea más rápido y que pueda implementarse en línea en una instalación de producción.

[0018] Con este fin, la invención propone un procedimiento según la reivindicación 1.

[0019] En otras realizaciones, el procedimiento comprende una o varias de las características correspondientes a las reivindicaciones dependientes 1 a 13, tomadas de forma aislada o en cualquier combinación técnica factible.

[0020] Una capa de oxidación objetivo del sustrato de acero puede comprender objetivos en términos de espesor y/o de composición de la capa de óxido, y puede depender del grado del acero.

[0021] La invención también se refiere a un dispositivo según la reivindicación 14.

[0022] En otras realizaciones, el dispositivo comprende una o varias de las características correspondientes a las reivindicaciones 15 o 16, tomadas de forma aislada o en cualquier combinación técnica factible.

[0023] La invención también se refiere a una instalación según la reivindicación 17 o 18.

[0024] Otras características y ventajas de la invención aparecerán al leer la siguiente descripción, dada a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, donde:

[0025] - la Fig.1 es una vista esquemática de una instalación según la invención, para tratar una banda de acero,

[0026] - la Fig.2 es una vista esquemática de un dispositivo mostrado en la Fig.1 para llevar a cabo un procedimiento según la invención sobre la banda de acero mostrada en la Fig.1,

[0027] - la Fig.3A es una vista esquemática de un dispositivo para llevar a cabo un procedimiento según la invención sobre una muestra de óxido de referencia,

[0028] - la Fig.3B es una vista esquemática ampliada de la muestra de óxido de referencia,

[0029] - la Fig. 4 es un diagrama que muestra las etapas principales de una realización de un procedimiento según la invención,

[0030] - la Fig.5 a 7 son tres gráficos que muestran valores de absorbancia obtenidos con el dispositivo mostrado en la Fig. 3 y tres muestras de óxido de referencia que tienen respectivamente capas delgadas de SiO<2>, SiO<x>CH<y>y TiO<2>amorfo, y que muestran también valores de absorbancia obtenidos con las mismas muestras usando un espectrómetro de infrarrojo por transformada de Fourier (Fourier Transform Infrared, FTIR),

[0031] - la Fig.8 es un gráfico que muestra varias curvas de absorbancia obtenidas con el dispositivo mostrado en la Fig.3 y una muestra de óxido de referencia que tiene una capa delgada de SiO<2>, correspondiendo cada curva a un ángulo diferente de incidencia de la luz incidente,

[0032] - la Fig.9 a 11 son tres gráficos que muestran un parámetro obtenido usando el dispositivo mostrado en la Fig.3 y muestras de óxido de referencia, frente al espesor de las capas de óxido, siendo el óxido respectivamente SiO<2>, SiO<x>CH<y>y TiO<2>amorfo, y

[0033] - la Fig.12 y 13 son gráficos que muestran curvas de absorbancia obtenidas con un procedimiento según la invención.

[0034] Con referencia a la Fig.1 y 2, se describirá una instalación 1 según la invención. La instalación 1 está adaptada para tratar de manera continua una superficie de una banda de acero 2.

[0035] La instalación 1 comprende un horno 3 para llevar a cabo un recocido de la banda de acero 2, y ventajosamente un módulo de enfriamiento 4. La instalación 1 también comprende un módulo de recubrimiento 5, tal como un módulo de galvanización, donde la banda de acero 2 se sumerge en un baño 6 de zinc fundido o de una aleación de zinc. A la salida del módulo de recubrimiento 5, la banda 2 pasa por un módulo de escurrido 7 y un módulo de enfriamiento 8.

[0036] [0025]La banda de acero 2 es, por ejemplo, del tipo descrito anteriormente. La banda de acero 2 avanza a lo largo de una dirección F y pasa a través de la instalación 1, ventajosamente de manera continua. La banda de acero 2 presenta normalmente una velocidad comprendida entre 150 m/min y 800 m/min. La banda de acero 2 está sometida a oxidación superficial, particularmente durante el proceso de recocido. Durante o después del recocido, la banda de acero 2 comprende un sustrato de acero 21 y una capa 22 de óxidos formada sobre el sustrato de acero 21.

[0037] La instalación 1 también incluye un dispositivo 10 para llevar a cabo una caracterización de la capa 22.

[0038] La capa 22 define una superficie de óxido 22A orientada hacia el dispositivo 10.

[0039] La capa 22 tiene un espesor que, por ejemplo, varía entre diez y quinientos nanómetros.

[0040] Según varias realizaciones, el dispositivo 10 está situado en el horno 3, o en una salida del horno 3 (como se muestra en la Fig.1). En otra realización, no ilustrada, el dispositivo 10 está situado en la entrada o en la salida de una línea de decapado (no mostrada).

[0041] Con referencia a la Fig.2 y 3, se describe un dispositivo 10 para llevar a cabo un procedimiento según la invención. El dispositivo 10 está ventajosamente adaptado para trabajar en línea con la banda de acero 2 (Fig.2), o con muestras de óxido de referencia 11 fuera de la instalación 1 (Fig.3).

[0042] El dispositivo 10 comprende una cámara hiperespectral 20, una fuente de luz 15 y un ordenador 25. En otra realización, el dispositivo 10 no comprende una fuente de luz 15. Cuando el dispositivo 10 se usa con muestras de óxidos de referencia, tal como se ilustra en la figura 3, comprende además un sistema de sujeción de muestras 12.

[0043] El sistema de sujeción de muestras 12 está adaptado para sujetar las muestras 11 y moverlas una por una con respecto a la cámara hiperespectral 20 hasta una posición de trabajo representada en la Fig.3.

[0044] En ambas variantes, tal como se ilustra en la Fig.2 y 3, la fuente de luz 15 es ventajosamente una fuente de luz infrarroja, comprendiendo por ejemplo resistencias eléctricas blindadas de níquel/cromo. La fuente de luz 15 está ventajosamente focalizada con espejos de oro. La fuente de luz 15 es adecuada para dirigir una luz incidente Li hacia una porción de la capa de óxido 22 con un ángulo de incidencia α con respecto a la dirección D.

[0045] La porción que recibe la luz incidente Li define una superficie de óxido 22A, 122A.

[0046] El ángulo de incidencia α está ventajosamente comprendido entre 20° y 80°, preferentemente entre 40° y 70°, y más preferentemente entre 55° y 65°.

[0047] La cámara hiperespectral 20 está adaptada para recoger una luz recogida Lr reflejada por la superficie de óxido 22A, 122A con un ángulo de observación β con respecto a la dirección D, en el lado opuesto a la fuente de luz 15 con respecto a dicha dirección D, y para producir valores de intensidad I<λ,M>, representativos respectivamente de una intensidad de una parte Lr<λ,M>de la luz recogida Lr.

[0048] Cada parte Lr<λ,M>de la luz recogida Lr se recoge respectivamente a partir de una pluralidad de puntos M (de los cuales solo uno se muestra en la Fig. 2 y 3) situados sobre la superficie de óxido 22A, y presenta respectivamente una longitud de onda λ tomada de una pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, ...

[0049] Los valores de intensidad I<λ,M>forman una imagen hiperespectral de la superficie de óxido 22A obtenida en una sola etapa de recogida de luz. Según una variante (no mostrada), no existe la fuente de luz 15 y la luz recogida Lr se obtiene por emisión espontánea de luz por la superficie de óxido 22A, por ejemplo, cuando la banda de acero 2 presenta una temperatura superior a 350 °C. Esta variante se denominará “modo de emisión”, en contraposición al “modo de reflexión”, donde se usa una fuente de luz.

[0050] Ventajosamente, debe entenderse que los puntos M representan superficies, por ejemplo, de algunos milímetros cuadrados. El tamaño de dicha superficie dependerá de los medios ópticos usados.

[0051] Por ejemplo, el dispositivo 10 puede estar situado principalmente en el exterior del horno, pero disponer de una fibra óptica situada en el interior del horno para recoger la luz emitida por la banda. El tamaño de la superficie depende, a continuación, del diámetro de la fibra óptica.

[0052] Si el dispositivo 10 está situado dentro del horno 3, la temperatura de la banda de acero 2 es de alrededor de 800 °C. De este modo, la banda de acero 2 emite luz de manera espontánea sin requerir una fuente de luz tal como la fuente de luz 15.

[0053] En el modo de emisión, el dispositivo 10 está adaptado para recoger la luz Lr procedente de la luz emitida con un ángulo de observación β con respecto a la dirección D, y para producir los valores de intensidad I<λ,M>.

[0054] [0043]Por "hiperespectral", se entiende que la cámara 20 es adecuada para tomar imágenes de las muestras o de la banda de acero 2 a varias longitudes de onda distintas al mismo tiempo. En otras palabras, cada imagen tomada por la cámara 20 contiene la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, …

[0055] En ambos modos, la cámara hiperespectral 20 es ventajosamente una cámara hiperespectral de infrarrojo de onda larga (Long Wave Infrared, LWIR), por ejemplo, una Specim.

[0056] La cámara hiperespectral 20 presenta, por ejemplo, una sensibilidad espectral al menos desde 8 μm hasta 12 μm.

[0057] La cámara hiperespectral 20 comprende un sensor digital (no mostrado), instalado detrás de una óptica de recogida y un prisma, o un espectrógrafo.

[0058] El sensor presenta, por ejemplo, un tamaño de 380 x 50 píxeles, correspondientes respectivamente a la pluralidad de puntos M y a la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, …

[0059] La velocidad de fotogramas de la cámara hiperespectral 20 es, por ejemplo, de 60 Hz.

[0060] En el modo de reflexión, el ángulo de observación β está ventajosamente comprendido entre 20° y 80°, preferentemente entre 40° y 70°, y más preferentemente entre 55° y 65°. Ventajosamente, el ángulo de observación β es aproximadamente igual al ángulo de incidencia α, de modo que la luz recogida Lr se obtiene efectivamente por reflexión especular de la luz incidente Li.

[0061] La pluralidad de puntos M está ventajosamente distribuida de manera regular a lo largo del ancho de la banda, y presenta, por ejemplo, 380 puntos.

[0062] La pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2... comprende longitudes de onda que varían de 8 μm a 12 μm. Ventajosamente, dichas longitudes de onda están todas comprendidas entre 8 μm y 12 μm.

[0063] La pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2... comprende ventajosamente valores distribuidos regularmente entre 8 μm y 12 μm, por ejemplo, treinta valores.

[0064] El ordenador 25 está adaptado para recibir los valores de intensidad I<λ>,<M>procedentes de la cámara hiperespectral 20, almacenarlos y realizar cálculos. El ordenador 25 presenta también medios de interacción hombremáquina (no mostrados), por ejemplo, para mostrar resultados.

[0065] Con referencia a la Fig. 1 a 12, se describirá ahora un procedimiento 200 según la invención. El procedimiento 200 tiene por finalidad caracterizar una capa 22 de óxido formada en la superficie de la banda de acero 2, identificando su composición y, opcionalmente, su espesor.

[0066] Dependiendo del grado de acero constitutivo del sustrato y del recubrimiento que deba depositarse sobre el sustrato, el experto en la materia establece una especificación para la capa de óxido que permita formar un recubrimiento con las propiedades deseadas, tales como el espesor requerido del recubrimiento o las propiedades de adhesión del recubrimiento.

[0067] Por lo tanto, el experto en la materia puede determinar valores objetivo para los parámetros que caracterizan la capa de óxido. Los valores objetivo pueden ser representativos de una especificación.

[0068] Los valores objetivo pueden estar relacionados con la composición de la capa de óxidos, por ejemplo, un porcentaje en peso máximo de un óxido de referencia dado.

[0069] Los valores objetivo pueden estar relacionados con el espesor de recubrimiento. El espesor puede depender de la composición.

[0070] También se puede establecer un intervalo de tolerancia alrededor de los valores objetivo.

[0071] En un modo de reflexión, la luz incidente Li procedente de la fuente de luz 15 se dirige hacia la porción de la capa 22 que forma la superficie de óxido 22A.

[0072] En una primera etapa de adquisición 202, la luz recogida Lr se recoge usando la cámara hiperespectral 20.

[0073] Es suficiente una sola adquisición para obtener datos en la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, …

[0074] La cámara hiperespectral 20 proporciona los valores de intensidad I<λ,M>que forman la imagen hiperespectral de la superficie de óxido 22A que a continuación se envían al ordenador 25.

[0075] Una vez adquiridos los valores de intensidad I<λ,M>, el ordenador 25 lleva a cabo una etapa de cálculo 204. Esta etapa de cálculo 204 consiste en calcular los valores de absorbancia A<λ,M>respectivamente como

, donde D<λ,M>representa un ruido de la cámara hiperespectral 20, también denominado valor de referencia oscuro y W<λ,M>es un valor de referencia blanco.

[0076] Estos valores de referencia oscuro D<λ>,<M>y blanco W<λ,M>pueden obtenerse en una etapa de calibración 203 dedicada.

[0077] Esta etapa de calibración 203 incluye una subetapa de adquisición periódica de un conjunto de valores de referencia oscuro D<λ,M>y de valores de referencia blanco W<λ,M.>El valor de referencia oscuro D<λ,M>se obtiene, por ejemplo, a partir de una imagen capturada cuando la lente óptica está cubierta. El valor de referencia blanco W<λ>,<M>se obtiene a partir de una imagen capturada del propio sustrato de acero, sin la capa de óxidos.

[0078] Esta etapa de calibración 203 se puede realizar una vez al comienzo de la campaña de producción o, en una realización preferida de la invención, se puede realizar regularmente para actualizar los valores de referencia.

[0079] Como consecuencia, (I<λ>,<M>- D<λ>,<M>)/(W<λ>,<M>- D<λ>,<M>) es igual a 10<-Aλ,M>(diez elevado a menos el opuesto del valor de absorbancia).

[0080] Como variante (no mostrada), los valores de absorbancia A<λ,M>se expresan usando una fórmula matemática análoga. Por ejemplo, se usa un logaritmo diferente.

[0081] En una realización diferente que no forma parte de la invención reivindicada, en lugar de los valores de absorbancia A<λ,M>, los valores de reflectancia superficial Re<λ,M>o los valores de transmitancia superficial T<λ,M>pueden calcularse durante la etapa de cálculo 204 y usarse en las siguientes etapas.

[0082] A continuación, los valores de absorbancia A<λ,M>se comparan, ventajosamente por el propio ordenador 25, en una etapa de comparación 206, con una pluralidad de valores de absorbancia de óxidos de referencia OA<λ,M>para determinar cuáles de los óxidos de referencia están presentes en la capa 22 y en qué cantidades.

[0083] Estos valores de absorbancia de óxidos de referencia OA<λ,M>se expresan con la misma fórmula que la usada para los valores de absorbancia, usando los valores de intensidad de referencia R<λ,M>en lugar de los valores de intensidad I<λ,M.>

[0084] Si se usan valores de reflectancia superficial Re<λ,M>o valores de transmitancia superficial T<λ,M>en lugar de los valores de absorbancia A<λ,M>, se comparan respectivamente con valores de reflectancia superficial de referencia ORe<λ,M>y valores de transmitancia superficial OT<λ,M.>

[0085] Los valores de intensidad de referencia R<λ,M>se obtienen del mismo modo que los valores de intensidad I<λ,M>, excepto porque la luz incidente Li se dirige hacia las muestras de óxido de referencia 11 en lugar de dirigirse hacia la banda de acero 2. La cámara hiperespectral 20 recoge, a continuación, la luz recogida de referencia Lrr procedente de la superficie de acero y proporciona los valores de referencia R<λ,M>.

[0086] Los valores de referencia R<λ,M>obtenidos se almacenan en la memoria del ordenador 25.

[0087] Tal como se muestra en la Fig.3B, cada muestra de óxido de referencia 11 comprende un sustrato de acero 121 y una capa de óxido 122.

[0088] El sustrato de acero 121 es, por ejemplo, un acero DWI usado para aplicaciones de envasado. El sustrato de acero 121 define una superficie de acero 131 sobre la cual se ha depositado la capa de óxido 122, ventajosamente mediante deposición física en fase vapor (Physical Vapor Deposition, PVD).

[0089] Se conoce el óxido que constituye la capa de óxido 122.

[0090] Los tipos de óxido conocidos, denominados de aquí en adelante óxidos de referencia, incluyen, por ejemplo, CaO, SiO<2>, MgO, Al<2>O<3>, Fe<2>O<3>+FeO, MnO, TiO<2>, Na<2>O, Cr<2>O<3>, BaO, SrO, P<2>O<5>, K<2>O, ZrO<2>, ZnO, CuO, SiO<x>CH<y>.

[0091] Para realizar la etapa de comparación 206, el ordenador 25 identifica, por ejemplo, qué curva (C2, C4 y C6 en las Figs.5 a 7) obtenida representando los valores de absorbancia de referencia OA<λ,M>según la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, … presenta similitudes con la curva obtenida representando los valores de absorbancia A<λ,M>según la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, … en términos de forma y/o de valores máximos y mínimos de absorbancia. También es posible comparar un valor de absorbancia A<λ,M>en una longitud de onda λ dada.

[0092] Por ejemplo, si la forma de la curva representativa de los valores de absorbancia A<λ,M>coincide con la curva C2, el óxido en el punto M se identifica como SiO<2>. Si la forma de la curva representativa de los valores de absorbancia A<λ,M>coincide con la curva C4, el óxido en el punto M se identifica como SiO<x>CH<y>. Si coincide con la curva C6, el óxido en el punto M se identifica como TiO<2>amorfo.

[0093] La identificación de los óxidos en cada punto M permite determinar qué óxidos están presentes en la capa 22 de óxido y en qué cantidad.

[0094] Esta etapa de comparación 206 también puede llevarse a cabo usando algoritmos conocidos, tales como, por ejemplo, los algoritmos desarrollados para la separación de fuentes en espectroscopía.

[0095] Opcionalmente, antes de la etapa de comparación 206, la curva representativa de los valores de absorbancia A<λ,M>se somete a una etapa 205 de corrección de línea base. En efecto, la señal puede verse perturbada por una desviación de intensidades según la longitud de onda, fenómeno conocido como línea base. Esta etapa de corrección de línea base puede realizarse manualmente o de manera automática usando algoritmos conocidos por el experto en la materia, tal como el descrito en el documento de V. Mazet y col., Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2005, vol.76, págs.121-133.

[0096] Opcionalmente, antes de la comparación, la curva representativa de los valores de absorbancia A<λ>,<M>se somete a una etapa de desmezcla. Esta etapa se usa preferentemente para determinar la cantidad de óxidos en la capa 22 de óxido.

[0097] Los valores de absorbancia A<λ,M>son la suma de los valores de absorbancia de cada tipo de óxido puro A<λ,M>(n) ponderados por la cantidad ρ<n>de este tipo de óxido en el punto M:

[0100]

[0102] Conociendo la composición del grado de acero, es posible conocer qué óxidos tienen mayor probabilidad de estar presentes en la superficie de la banda de acero y, por lo tanto, conocer los valores de absorbancia de cada tipo de óxido puro A<λ>,<M>(n). El ordenador es, a continuación, capaz de resolver la ecuación anterior para determinar la cantidad ρ<n>de cada tipo de óxido n en el punto M.

[0103] Pueden usarse otros procedimientos analíticos conocidos por el experto en la materia para realizar esta etapa de desmezcla, tales como un análisis de componentes principales (Principal Component Analysis, PCA), un análisis de componentes de vértice (Vertex Component Analysis, VCA) o una regresión por mínimos cuadrados parciales (Partial Least Square, PLS).

[0104] En una etapa adicional 207, se determina el espesor de la capa de óxido 22. Para ello, el ordenador 25 calcula el parámetro B (figura 6) representativo de la superficie del área situada bajo la curva obtenida representando los valores de absorbancia A<λ,M>según la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, ...

[0105] El ordenador 25 calcula a continuación el espesor E de la capa 22 usando el parámetro B y la función de espesor (una de las curvas C12, C13 y C14 en las Figs. 9 a 11) correspondiente al tipo de óxido que ha sido identificado.

[0106] La función de espesor para cada óxido de referencia es bien conocida a partir de Abaqus, o bien ha sido determinada usando varias muestras de óxidos de referencia 11 con el mismo tipo de óxido, pero con diferentes espesores E de capa.

[0107] En otra realización del procedimiento, correspondiente al modo de emisión, para determinar la presencia y la composición de los óxidos en la capa 22, la señal representativa del estado superficial se aísla en los valores de intensidad I<λ,M>usando un modelo conocido, por ejemplo, S<λ,M>= k<M>.Pl<λ,T(M)>+ f<λ,M>, donde:

[0108] T<M>es la temperatura de la banda de acero 2 proporcionada por un dispositivo externo, tal como un pirómetro, en el punto M,

[0109] Pl λ,T(M)

es la ley de Planck a la longitud de onda λ y la temperatura T<M>,

[0110] km

es un coeficiente de pseudoemisividad obtenido ajustando la ley de Planck a la señal, y

[0111] fλ,M

es el valor representativo del estado superficial de la banda de acero.

[0112] fλ,M

se obtiene ajustando el modelo k<M>.Pl<λ,T>(<M>) f<λ,M>a los valores de intensidad medidos I<λ,M.>

[0113] A continuación, los valores f<λ,M>se comparan, ventajosamente por el ordenador 25, con los valores de emisión de óxidos de referencia Of<λ,M>con el fin de determinar cuáles de los óxidos de referencia están presentes en la capa delgada 22 y en qué cantidad.

[0114] Cada uno de los valores de emisión de óxidos de referencia Of<λ,M>se obtiene de manera similar a los valores de absorbancia de óxidos de referencia OA<λ,M>, usando las muestras de óxidos de referencia 11.

[0115] En el caso donde el dispositivo según la invención esté situado en un horno de recocido, o a la salida del horno, la etapa de caracterización de la invención permite determinar las características de la capa de óxido presente en la superficie del sustrato de acero.

[0116] Estas características se pueden comparar, a continuación, con los valores objetivo determinados anteriormente. Según el resultado de esta comparación y de los intervalos de tolerancia, el sustrato de acero puede enviarse directamente a la instalación de galvanización para ser recubierto, enviarse a una instalación de decapado para eliminar o reducir dicha capa de óxidos, o desecharse.

[0117] El procedimiento evita obtener productos de acero recubiertos con defectos, tales como falta de recubrimiento o mala adhesión del recubrimiento, permitiendo así aumentar la productividad.

[0118] Muestras de referencia

[0119] Se han preparado doce muestras de óxidos de referencia con tres óxidos de referencia diferentes, SiO<2>, SiO<x>CH<y>, (estando x comprendido entre 1 y 2 e y entre 0 y 3) y TiO<2>amorfo y cuatro espesores E diferentes. El acero constitutivo del sustrato era un acero DWI comercial para envasado.

[0120] Las capas delgadas de óxidos se han depositado sobre el sustrato de acero mediante PVD.

[0121] Los espesores de capa y los tipos de óxido se han controlado durante la fabricación.

[0122] Con el fin de validar estos parámetros, se han realizado diferentes análisis de referencia para caracterizar el estado superficial de cada muestra de óxido de referencia.

[0123] A continuación, los tipos de óxidos se han confirmado mediante espectrometría infrarroja, usando por ejemplo un espectrómetro Nicolet 8700 equipado con un accesorio de ángulo variable de Eurolab. El ángulo de observación β era de 80°.

[0124] Se han adquirido 50 espectros con una resolución de 4 cm<-1>para cada muestra.

[0125] La muestra de referencia que proporcionó los valores de referencia R<λ>,<M>era del mismo tipo de acero, sin óxido en la superficie.

[0126] Para confirmar los espesores de la capa de óxido, se han realizado mediciones elipsométricas usando un Horiba Jobin Yvon UVISEL. El ángulo de observación era de 70°, en modo combinado estándar (I: M = 0°; A = 45° - II: M = - 45°; A = 45°) con 300 ms por punto. El intervalo espectral de análisis y de modelización era de 500-800 nm (Delta = 10 nm). La fórmula de dispersión usada para el cálculo del espesor era un modelo clásico.

[0127] La información relativa a las muestras de óxidos de referencia se resume en la tabla 1.

[0128] T l 1 - M r xi r f r n i

[0131]

[0132] Las Figs.5 a 7 muestran los valores de absorbancia A obtenidos mediante el procedimiento según la invención frente a la pluralidad de longitudes de onda λ1, λ2, … en μm, entre 8 μm y 12 μm. El ángulo de observación β era de 60°, en reflexión especular.

[0133] La curva C2 corresponde a la muestra 4 (SiO<2>, 96 nm). La curva C4 corresponde a la muestra 6 (SiO<x>CH<y>, 82 nm). La curva C6 corresponde a la muestra 10 (TiO<2>amorfo, 70 nm).

[0134] Los gráficos de las Figs.5 a 7 muestran también las curvas de absorbancia C1, C3 y C5, obtenidas con las mismas muestras 4, 6 y 10 usando una espectrometría FTIR clásica. La curva C1 corresponde a SiO<2>. La curva C3 corresponde a SiO<x>CH<y>. La curva C5 corresponde a TiO<2>amorfo.

[0135] Las curvas C1 a C6 relativas a las mismas muestras presentan aproximadamente la misma forma y el mismo valor máximo. Las pequeñas diferencias entre las curvas se deben a que las resoluciones espectrales son diferentes (respectivamente 6 nm y 200 nm para el espectrómetro FTIR y para la cámara hiperespectral 20). Además, la fuente de luz 15 estaba menos focalizada que la del espectrómetro FTIR.

[0136] La similitud de las curvas C2 con C1, C4 con C3 y C6 con C5 demuestra la precisión de las curvas de absorbancia usadas por el procedimiento según la invención.

[0137] La Fig. 8 muestra la influencia del ángulo de observación β, entre 40° y 60°, sobre los valores de absorbancia A obtenidos con la muestra 4 (SiO<2>, 96 nm). La curva C7 se obtuvo con una incidencia de 40°, la curva C8 con 45°, la curva C9 con 50°, la curva C10 con 55°, y la curva C11 con 60°. Cuanto mayor es el ángulo de observación β, mayores son los valores de absorbancia A en la misma longitud de onda λ.

[0138] Esto se debe a que, cuanto mayor es el ángulo de incidencia α, más largo es el camino óptico de la luz dentro de la capa de óxido 122, tal como se muestra en la Fig.4. Con una luz incidente Li1 que presenta un ángulo de incidencia α1 mayor, el recorrido entre la luz incidente Li1 y la luz recogida Lr1 es más largo que el recorrido entre una luz incidente Li2 y una luz recogida Lr2, siendo el ángulo de incidencia α2 de Li2 menor.

[0139] Se ha comprobado que el ángulo de observación β = 60° es óptimo, ya que proporciona valores elevados de absorbancia A y resulta fácil de implementar en el dispositivo 10 mostrado en la Fig.3.

[0140] El área bajo la curva C11 (β igual a 60°), entre 8 μm y 12 μm, ha proporcionado el parámetro B de la muestra 4 (SiO<2>, 96 nm).

[0141] Los parámetros B de todas las muestras 1 a 12 se han calculado usando el mismo ángulo de incidencia 60°, y se representan en las Figs.9 a 11.

[0142] En la Fig.9, la curva C12 es una regresión lineal realizada sobre los parámetros B de las muestras 1 a 4 (SiO<2>) frente al espesor E en nm.

[0143] En la Fig.10, la curva C13 es una regresión lineal realizada sobre los parámetros B de las muestras 5 a 8 (SiO<x>CH<y>) frente al espesor E en nm.

[0144] En la Fig.11, la curva C14 es una regresión lineal realizada sobre los parámetros B de las muestras 9 a 12 (TiO<2>amorfo) frente al espesor E en nm.

[0145] Los coeficientes de correlación obtenidos con las curvas C12 a C14 son respectivamente 0,9951, 0,991 y 0,9802. Esto muestra que las funciones lineales correspondientes a las curvas C12 a C14 permiten evaluar el espesor E en base al parámetro B.

[0146] El ordenador 25, disponiendo de los puntos experimentales, realiza estas regresiones lineales con el fin de obtener funciones lineales que permiten calcular el espesor E en base al parámetro B de manera muy precisa. Ensayo 1

[0147] Se implementó un dispositivo 10, tal como se ha descrito anteriormente, compuesto por una cámara hiperespectral y una fibra óptica vinculada a un ordenador, en una línea industrial de galvanización, como la ilustrada en la figura 1. La cámara hiperespectral se colocó en el exterior del horno de recocido 3, dentro de una carcasa protectora, y una fibra óptica vinculada a la cámara hiperespectral se colocó en el interior del horno de recocido 3. Más específicamente, la fibra óptica se colocó al final de la zona de homogeneización del horno de recocido 3.

[0148] El procedimiento se usó así en modo de emisión.

[0149] La banda en recocido era un TRIP 780, comercializado por ArcelorMittal. Este grado presenta un alto contenido de manganeso, que se oxida fácilmente.

[0150] La atmósfera en el horno de recocido se controló para alcanzar un punto de rocío (Dew Point, DP) que pudiera provocar una oxidación externa de la banda.

[0151] Las curvas de absorbancia C15 y C16 obtenidas mediante el procedimiento según la invención se representan en la figura 12. En ambos casos, el óxido identificado es MnAl<2>O<4>.

[0152] A continuación, se tomaron muestras de la banda a la salida del horno de recocido y se analizaron para determinar la composición de las capas de óxido. El análisis químico confirmó que la capa de óxido en la superficie de la banda estaba compuesta por MnAl<2>O<4>.

[0153] Ensayo 2

[0154] Se implementó un dispositivo 10, tal como se ha descrito anteriormente, compuesto por una cámara hiperespectral vinculada a un ordenador, en una línea industrial de galvanización, como la ilustrada en la figura 1. La cámara hiperespectral se colocó al final de la zona de homogeneización del horno de recocido 3, dentro de una carcasa protectora. La cámara hiperespectral observa la banda de acero en movimiento.

[0155] El procedimiento se usó así en modo de emisión. La banda en recocido era un TRIP 780, comercializado por ArcelorMittal. Este grado presenta un alto contenido de manganeso y silicio, que se oxidan fácilmente. La atmósfera en el horno de recocido se controló para alcanzar un punto de rocío (Dew Point, DP) que pudiera provocar una oxidación externa de la banda. Las curvas de absorbancia C17 y C18 obtenidas mediante el procedimiento según la invención se representan en la figura 13.

[0156] En ambos casos, se identifican dos tipos de óxidos: SiO<2>a 8 μm y Mn<x>SiO<y>a 10-11 μm. A continuación, se tomaron muestras de la banda a la salida del horno de recocido y se analizaron para determinar la composición de las capas de óxido. El análisis químico confirmó que la capa de óxido en la superficie de la banda estaba compuesta por SiO<2>y Mn<x>SiO<y>.

[0157] Gracias a las características descritas anteriormente, el procedimiento según la invención es rápido y se implementa fácilmente en un sitio de producción. La caracterización puede implementarse en línea en una instalación industrial. La caracterización proporciona una identificación precisa de la capa de óxido 122 entre varios óxidos de referencia y una composición precisa de la capa 22 de la banda de acero 2. Opcionalmente, la caracterización permite también una evaluación precisa del espesor E de la capa 22.

[0158] Si el dispositivo 10 está implementado en el interior del horno o a la salida del horno de recocido, permite determinar si la cantidad y el espesor de los óxidos presentes en la superficie de la banda de acero 2 pueden provocar problemas de mojabilidad y, por lo tanto, tomar las medidas necesarias, tales como el degradado de la banda.

[0159] Si el dispositivo 10 está instalado a la salida de una línea de decapado, permite determinar si la etapa de decapado ha sido eficaz para eliminar todos los óxidos o si es necesario realizar una etapa de decapado adicional.

[0160] La etapa de caracterización permite trabajar tanto sobre un producto caliente, tal como un producto situado dentro de un horno de recocido, como sobre un producto frío, tal como un producto a la salida de una línea de decapado.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación de un producto de acero, comprendiendo una etapa de caracterización de una capa de óxido presente sobre un sustrato de acero en movimiento, comprendiendo esta etapa de caracterización las etapas de:

- proporcionar una porción del sustrato de acero comprendiendo una capa de óxidos, donde la porción define una superficie de óxido,

- recoger luz (Lr) de dicha superficie de óxido usando una cámara hiperespectral (20) para obtener valores de intensidad (I<λ,M>) respectivamente representativos de una intensidad de una parte (Lr<λ,M>) de la luz recogida (Lr), donde cada parte (Lr<λ,M>) se recoge respectivamente de uno de una pluralidad de puntos (M) situados sobre dicha superficie de óxido y presenta respectivamente una longitud de onda (λ) de una pluralidad de longitudes de onda (λ1, λ2, ...),

- calcular valores de absorbancia de referencia (OA<λ>,<M>) usando los valores de intensidad de referencia (R<λ,M>) obtenidos para óxidos de referencia,

- calcular valores de absorbancia (A<λ,M>) usando los valores de intensidad (I<λ,M>),

- realizar una comparación de los valores de absorbancia obtenidos (A<λ,M>) con los valores de absorbancia de referencia (OA<λ,M>),

- calcular cantidades de óxidos de referencia en la capa usando la comparación,

- calcular un parámetro (B) representativo de la superficie de un área situada bajo una curva (C7, C8, C9, C10, C11), donde dicha curva (C7, C8, C9, C10, C11) se obtiene representando los valores de absorbancia (A<λ,M>) frente a la pluralidad de longitudes de onda (λ1, λ2, ...), y

- calcular un espesor (E) de dicha capa (22) de óxidos, donde dicho espesor (E) se obtiene según al menos dicho parámetro (B).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la etapa de cálculo de los valores de absorbancia de referencia (OA<λ,M>) y de los valores de absorbancia (A<λ,M>) incluye expresar los valores de absorbancia de referencia

(OA<λ,M>) y los valores de absorbancia (A<λ,M>) respectivamente como

, donde D<λ,M>representa un ruido de la cámara hiperespectral (20), R<λ,M>representa los valores de intensidad de referencia (R<λ,M>), I<λ,M>representa los valores de intensidad, y W<λ,M>representa un valor blanco.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, comprendiendo una etapa de calibración para determinar el ruido D<λ,M>de la cámara hiperespectral (20) y el valor blanco W<λ,M>.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la etapa de cálculo de cantidades de óxidos de referencia incluye una etapa de corrección de línea base.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde dicha función es lineal.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo además una etapa de determinación de dicha función para al menos uno de los óxidos de referencia mediante el uso de una pluralidad de muestras de óxidos de referencia (11), donde la pluralidad de muestras de óxidos de referencia comprende respectivamente un sustrato (121) hecho de dicho acero y una capa (122) de dicho óxido de referencia depositada sobre el sustrato (121), donde dichas capas (122) presentan respectivamente una pluralidad de espesores.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, donde la luz incidente (Li) define un ángulo (α) con una dirección (D) perpendicular a la superficie de óxido (22A), y donde el ángulo (α) está comprendido entre 40° y 80°, preferentemente entre 50° y 70°, y más preferentemente entre 55° y 65°.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la luz recogida (Lr) y la luz recogida de referencia (Lrr) se obtienen mediante emisión espontánea de luz por la superficie de óxido (22A) y por dicha superficie hecha de dicho acero, respectivamente.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la pluralidad de longitudes de onda (λ1, λ2, ...) comprende longitudes de onda que varían de 8 μm a 12 μm.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde todas las longitudes de onda de la pluralidad de longitudes de onda (λ1, λ2, ...) están comprendidas entre 8 μm y 12 μm.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde los óxidos de referencia incluyen uno o varios de SiO<2>, SiO<x>CH<y>y TiO<2>amorfo.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además:

- tras finalizar la etapa de caracterización de la capa de óxido, una etapa de comparación de la caracterización obtenida de la capa de óxido con uno o varios parámetros representativos de una especificación de la capa de óxido con el fin de obtener al menos un resultado de comparación; y

- si el resultado de comparación está fuera de un intervalo predeterminado de tolerancia, una etapa adicional de corrección de la capa de óxido, por ejemplo, un decapado del sustrato de acero.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde el procedimiento se realiza a la salida de una línea de decapado.

14. Un dispositivo (10) para caracterizar una capa de óxidos presente sobre un sustrato de acero, comprendiendo:

- una cámara hiperespectral (20) adaptada para recoger luz (Lr) procedente de una superficie de óxido de una porción del sustrato de acero que presenta una capa de óxidos, con el fin de obtener valores de intensidad (I<λ,M>) representativos respectivamente de una intensidad de una parte (Lr<λ,M>) de la luz recogida (Lr), donde cada parte (Lr<λ,M>) se recoge respectivamente de uno de una pluralidad de puntos (M) situados sobre dicha superficie de óxido y presenta respectivamente una longitud de onda (λ) de una pluralidad de longitudes de onda (λ1, λ2, ...) , y - un ordenador (25) configurado para:

- calcular valores de absorbancia de referencia (OA<λ,M>) usando valores de intensidad de referencia (R<λ,M>) obtenidos para óxidos de referencia,

15. El dispositivo (10) según la reivindicación 14, comprendiendo además una fuente de luz (15), estando adaptada la fuente de luz (15) para producir una luz infrarroja.

16. El dispositivo (10) según la reivindicación 14 o 15, donde la cámara hiperespectral (20) es una cámara hiperespectral LWIR.

17. Instalación (1) para tratar una superficie de una banda de acero (2), adaptada para realizar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, y comprendiendo un dispositivo (10) según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, adaptado para realizar la etapa de caracterización de dicho procedimiento, presentando la banda de acero (2) un sustrato de acero (21) y una capa (22) de óxidos presente sobre el sustrato de acero (21).

18. Instalación según la reivindicación 17, siendo la instalación una línea de galvanización continua o una línea de decapado.