MX2011006528A - Metodo para fabricar una parte recubierta usando tecnicas de formacion en caliente. - Google Patents

Metodo para fabricar una parte recubierta usando tecnicas de formacion en caliente.

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Abstract

La invención se refiere a un método para fabricar una parte recubierta que tiene propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente. De acuerdo con la invención, el método comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 - recubrir la tira de acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 300°C y la temperatura Ac1 del acero; 4 - enfriar el acero recubierto; 5 - cortar un primordio de la tira despues del paso 1, 2, 3 o 4, 6 - calentar el prirnordio a una temperatura por encima de la temperatura Ac1 del acero, 7 - formar en caliente el primordio en una parte, 8 - endurecer la parte formada en caliente La invencion tambien se puede realizar sin el paso 4 La invencion tambien se puede utilizar para el metodo indirecto de formacion en caliente La invencion tambien se refiere a un metodo para fabricar una tira de acero recubierta, y a una tira de acero recubierta, primordio o parte y una parte formada en caliente.

Description

MÉTODO PARA FABRICAR UNA PARTE RECUBIERTA USANDO TÉCNICAS DE FORMACIÓN EN CALIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método para fabricar una parte recubierta utilizando técnicas de formación en caliente. La invención también se refiere a un método para fabricar una tira de acero recubierta, y a una tira de acero recubierta, primordio o parte y una parte formada en caliente .
El uso de técnicas de formación en caliente para formar una parte es muy conocido, especialmente con fines automovilísticos. A partir de una hoja que se puede formar fácilmente, las técnicas de formación en caliente proporcionan una pieza formada que tiene propiedades mecánicas muy elevadas, tales como resistencia a la tracción superior a 1200 MPa.
Por lo general, la formación en caliente se realiza al proporcionar un primordio, calentar el primordio a una temperatura entre 900°C y 1000°C, colocar el primordio caliente en un aparato de formación en caliente, formar el primordio en una parte en el aparato de formación en caliente, y endurecer la parte formada en caliente.
Cuando se utiliza acero sin recubrimiento, la formación en caliente se puede realizar bajo una atmósfera de protección para evitar la oxidación y descarburación del acero, y después de la formación en caliente, a las partes formadas en caliente se les debe quitar el sarro. Para superar estos inconvenientes, en los últimos diez años se ha propuesto utilizar hojas de acero recubiertas, tales hojas se calientan a una temperatura superior a la temperatura Acl. Durante el calentamiento, se forma una capa de difusión debido al tratamiento térmico del recubrimiento y la hoja de acero, proporcionando protección contra la oxidación y una buena adherencia del recubrimiento a la hoja de acero, también en las elevadas temperaturas que se utilizan para la formación en caliente.
A pesar de que ya no se necesita una atmósfera de protección cuando se utilizan hojas de acero recubiertas, el método conocido tiene algunos inconvenientes. Uno de los principales problemas es que se ha encontrado que es critica la velocidad de calentamiento de las hojas de acero recubiertas. Esto hace que todo el proceso sea más difícil de controlar. También da por resultado que el calentamiento de una hoja de acero toma un tiempo considerable, por ejemplo 5 minutos, mientras que la formación en caliente en el aparato de formación en caliente y el endurecimiento posterior se pueden realizar en menos de 1 minuto. La fabricación a una alta velocidad de producción, como es posible usando el aparato de formación en caliente, puede realizarse mediante el calentamiento de una serie de hojas de acero recubiertas en un horno. Sin embargo, cuando hay un retraso en el aparato de formación en caliente, las hojas de acero recubiertas permanecen demasiado tiempo en el horno, lo que significa que tienen que ser desechadas. Esto tiene una influencia considerable en el costo del proceso de formación en caliente. Por otra parte, el horno tiene que ser muy largo.
Un objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar una parte recubierta utilizando técnicas de formación en caliente, el cual hace posible controlar el proceso de una manera más flexible y robusta.
También un objeto de la invención es proporcionar un método para fabricar una parte recubierta utilizando técnicas de formación en caliente, el cual hace posible producir con facilidad y eficacia partes formadas en caliente .
Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método para fabricar una parte recubierta utilizando técnicas de formación en caliente, que es más rentable que el método conocido.
Por otra parte, un objeto de la invención es proporcionar una tira de acero recubierta, una hoja de acero recubierta y un método para producir éstas, que pueden ser utilizadas en el método de acuerdo con la invención.
De acuerdo con la invención, uno o más de estos objetos se obtiene al proporcionar un método para fabricar una parte recubierta con propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero 2 - recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 300°C y la temperatura Acl del acero 4 - enfriar el acero recubierto 5 - cortar un primordio de la tira después del paso 1, 2, 3 ó 4 6 - calentar el primordio a una temperatura superior a la temperatura Acl del acero 7 - formar en caliente el primordio en una parte 8 - endurecer la parte formada en caliente.
Los inventores han encontrado que este método tiene la gran ventaja de que la formación de la capa de difusión se lleva a cabo durante el paso 3 del método, en donde el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 300°C y la temperatura Acl. Puesto que en este paso 3 se forma la capa de difusión, el paso de calentamiento se puede realizar justo antes de la formación en caliente en el aparato de formación en caliente a una velocidad de producción muy elevada, de modo que el calentamiento de la hoja de acero recubierta con una temperatura por encima de la temperatura Acl puede ser realizado en un intervalo de tiempo igual o más corto que el tiempo necesario para la formación en caliente de la hoja de acero calentada en el aparato de formación en caliente. Por lo tanto, la formación de un recubrimiento protector en la hoja de acero que puede soportar temperaturas por encima de la temperatura Acl del acero se separa del tratamiento térmico que se requiere para la austenitización del acero en el paso 6. Esta separación hace que sea posible controlar la formación del recubrimiento protector en una etapa antes de los pasos críticos del proceso de formación en caliente mismo, porque el proceso de difusión se puede controlar por separado. Además, la hoja de acero con una capa de difusión puede ser más adecuada para la austenitización del acero en el paso 6. De ello se deduce que el proceso total es más fácil de controlar y más rentable, ya que optimiza el uso del equipo.
El método de acuerdo con la invención tal como se explica anteriormente también se puede realizar sin el paso 4, es decir, sin un enfriamiento intermedio del acero recubierto. Esto significa que el paso de calentamiento para formar la capa de difusión es seguido directamente por el paso de austenitización.
La invención también se puede utilizar en el proceso indirecto de formación en caliente, de acuerdo con el siguiente método para fabricar una parte recubierta con propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero 2 - recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 300°C y la temperatura Acl del acero 4 - enfriar el acero recubierto 5 - cortar un primordio de la tira y formar el primordio en una parte después del paso 1, 2, 3 ó 4 6 - calentar la parte a una temperatura por encima de la temperatura Acl del acero 7 - endurecer la parte.
También en este caso, el paso de difundir la capa de zinc o aleación de zinc se separa del paso de austenitización, con las ventajas tal como se explicó anteriormente. Por lo general, durante el paso de endurecimiento, la parte formada se mantiene en una prensa u otro equipo para evitar la recuperación elástica.
También el proceso de formación en caliente indirecta se puede realizar sin el paso 4. Esto tiene las mismas consecuencias que el proceso de formación directa.
De acuerdo con una modalidad preferida, el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 440°C y la temperatura Acl del acero en el paso 3, preferentemente entre 440°C y 800°C. A estas temperaturas, es posible proporcionar una capa de difusión de zinc o aleación de zinc, lo cual es especialmente posible en un periodo de tiempo razonablemente corto en el intervalo de temperatura entre 440°C y 800°C.
Preferentemente, el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 440°C y 600°C, más preferentemente entre 460°C y 560°C. Estas son temperaturas relativamente bajas, lo que hace posible el uso de las lineas de producción existentes.
También es posible calentar el acero recubierto a una temperatura entre 600°C y 700°C, preferentemente entre 625°C y 675°C. Con estas temperaturas, es posible una difusión más rápida.
Por otra parte, es posible calentar el acero recubierto a una temperatura entre 700°C y la temperatura Acl, preferentemente entre 700°C y 800°C. Estas temperaturas altas requieren equipo especifico, pero proporcionan una alta velocidad de producción para el paso de difusión.
De acuerdo con una modalidad preferida, el acero tiene la siguiente composición en porcentaje en peso: 0.15 < C < 0.5 0.5 < n < 3.0 0.1 < Si < 0.5 Cr < 1.0 Ti < 0.2 Al < 0.1 P < 0.1 S < 0.05 0.0005 < B < 0.08 opcionalmente : Nb <0.1 V < 0.1 impurezas inevitables el resto es hierro.
Aunque también son posibles composiciones de otros metales, se ha encontrado que la composición del acero tal como se indica anteriormente dará muy buenos resultados en la mayoría de los casos.
Preferentemente, el primordio se calienta a una temperatura entre la temperatura Acl del acero y 1000°C justo antes del paso de formación en caliente, más preferentemente a una temperatura entre 900°C y 1000°C. Estas temperaturas dan los mejores resultados cuando las hojas de acero recubiertas se forman en el aparato de formación en caliente.
De acuerdo con una modalidad preferida del proceso en donde se lleva a cabo un paso de enfriamiento, el acero se enfria por lo menos a 50°C en el paso 4, y preferentemente el acero se enfria a una temperatura inferior a 100°C en el paso 4, más preferentemente el acero se enfria a temperatura ambiente. Este paso de enfriamiento tiene la intención de reducir de forma significativa la difusión. Aunque son posibles pequeños pasos de enfriamiento, mediante enfriamiento a bajas temperaturas, preferentemente la temperatura ambiente en el paso 4, el acero recubierto puede ser procesado para formar la capa de difusión y, posteriormente se almacena y/o transporta antes de que se realice el proceso de formación en caliente para proporcionar una parte formada en caliente. Por lo tanto, la formación del recubrimiento con una capa de difusión sobre la tira de acero u hoja de acero se separa en lugar y tiempo del proceso de formación en caliente como tal. Esto tiene la ventaja de que los fabricantes de las partes formadas en caliente pueden fabricar a altas velocidades de producción, y no tienen que estar involucrados en la fabricación de la tira u hoja de acero recubierta con la capa de difusión.
De acuerdo con una modalidad preferida, el acero recubierto está provisto con una capa de recubrimiento adicional después del paso 2 o después del paso 4, cuando se lleva a cabo un paso de enfriamiento, la capa de recubrimiento adicional proporciona protección contra la corrosión. Esta capa adicional proporciona una protección adicional contra la corrosión, especialmente durante el almacenamiento y el transporte, pero a menudo también durante el proceso de formación en caliente. La capa adicional puede ser un aceite o lubricante u otra capa protectora usada regularmente, pero también una capa de uso especial tal como un aglutinante orgánico con partículas metálicas, tales como partículas de zinc, que deben curarse para obtener las propiedades de protección requeridas. Preferentemente, esta capa de propósito especial se proporciona en la tira de acero recubierta.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para fabricar una tira de acero recubierta para usarse en la formación en caliente de una parte, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero 2 - recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 600°C y la temperatura Acl 4 - enfriar el acero recubierto.
Este método para fabricar una tira de acero recubierta se realiza de forma independiente del proceso de formación en caliente como tal. La elección de una alta temperatura de difusión entre los 600°C y la temperatura Acl significa que se obtiene un tiempo de producción relativamente corto para la formación de la capa de difusión .
Preferentemente, en el método la tira de acero se corta para formar un primordio de la tira y, opcionalmente se forma una parte a partir del primordio después del paso 1, 2, 3 ó 4. Puesto que en el proceso de formación en caliente se utilizan primordios, es preferible almacenar y transportar los primordios que pueden ser utilizados directamente en el proceso de formación en caliente. En el proceso de formación indirecta, se puede formar una parte puede a partir del primordio después de que el primordio se ha cortado de la tira.
Otras características del método de acuerdo con el primer aspecto de la invención también se pueden utilizar en el método de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, una tira de acero recubierta, primordio o parte se ha provisto con un recubrimiento de zinc o aleación de zinc, en donde la capa externa del recubrimiento en promedio contiene más del 5% en peso de Fe en una profundidad de 3µp?. Un acero recubierto que se ha proporcionado con tal recubrimiento se puede utilizar en el proceso de formación en caliente como tal.
Preferentemente, la capa externa del recubrimiento en promedio contiene más del 10% en peso de Fe en una profundidad de 3 pm, más preferentemente más del 20% en peso de Fe, aún más preferentemente más del 30% en peso de Fe, todavía más preferentemente más del 40% en peso. Una cantidad más alta de Fe en la capa externa del recubrimiento significa que el recubrimiento y el Fe del acero tienen una mejor difusión.
De acuerdo con una modalidad preferida, el acero de la tira de acero recubierta, primordio o parte tiene la composición tal como se especifica en el primer aspecto de la invención.
De acuerdo con otra modalidad preferida, el acero recubierto ha sido provisto con una capa de recubrimiento adicional que proporciona protección contra la corrosión, como se explica en el primer aspecto de la invención.
De acuerdo con la invención, se proporciona una parte recubierta formada en caliente que se ha fabricado utilizando el método de acuerdo con el primer aspecto de la invención.
La invención se explicará con referencia a cierta información antecedente y una serie de experimentos a continuación.
Debido a la baja temperatura de fusión (420°C) y a la baja temperatura de evaporación (907°C) del zinc puro, el uso de material recubierto con zinc para la formación en caliente constituye un desafio. Los inventores han encontrado que la presencia de zinc fundido hace al sustrato susceptible al agrietamiento ayudado por metal liquido (LMAC) , y el zinc gaseoso en una atmósfera que contiene oxigeno se oxida muy rápidamente causando el polvo tóxico de ZnO. De acuerdo con la presente interpretación de los inventores, durante el calentamiento de acero recubierto con zinc, el recubrimiento se alea con átomos de hierro del sustrato. Con más hierro presente en el recubrimiento, la cantidad de liquido durante la formación se reduce al mínimo y la susceptibilidad para la evaporación del Zn se hace menor. Por lo tanto, es la opinión de los inventores que cuanto más hierro está presente en el recubrimiento de zinc, el primordio de acero recubierto con zinc se puede calentar más rápidamente, ya que menos zinc líquido está presente en el sustrato de acero, por lo que se reducen el LMAC y la evaporación del Zn.
Para la formación en caliente, por lo general se utiliza un acero tipo boro. En los experimentos descritos a continuación, el sustrato de acero es un acero 22MnB5, que tiene una temperatura Acl de aproximadamente 720°C. El acero 22MnB5 utilizado tiene la siguiente composición: C = 0.21% en peso Mn = 1.17% en peso Si = 0.18% en peso Cr = 0.25% en peso Ti = 0.033% en peso B = 0.0026% en peso impurezas inevitables (incluyendo Al, P y S) , el resto es hierro.
Se realizaron experimentos en los cuales los sustratos de acero 22MnB5 se recocieron y galvanizaron con un peso de recubrimiento de 65 g/m2 por lado. El sustrato recubierto se calentó y se mantuvo a una temperatura superior TI por varios segundos ti, después de eso los sustratos se enfriaron a temperatura ambiente.
Tabla 1: Contenido de Fe a 3 pm de la superficie de recubrimiento para tratamientos térmicos diferentes Experimento TI ti [s] Contenido de Fe a 3 µp? de la superficie Esta invención r°c] de recubrimiento [% en peso] 1 0 0 10 2 650 0 >15 3 700 300 >25 V Los experimentos 1 - 3 muestran que una temperatura TI relativamente alta y un tiempo de permanencia relativamente largo se deben elegir para una capa de zinc galvanizada y recocida de 65 g/m2 por lado para proporcionar un contenido de Fe en el recubrimiento que reduzca la cantidad de zinc liquido en el recubrimiento sustancialmente a temperaturas de formación en caliente.
En otros experimentos, los primordios galvanizados y recocidos que tienen un peso de recubrimiento de 65 g/m2 por lado primero se calientan y se mantienen a una temperatura superior TI por varios segundos tl, después de lo cual se enfrian a temperatura ambiente. Estos primordios a continuación se recalientan y se mantienen a una temperatura de formación en caliente T2 durante 10 segundos, después de lo cual se forman en caliente y se enfrian.
Tabla 2: Resultados de diferentes tratamientos térmicos Los experimentos 4-6 muestran que el primordio del experimento 3, que se calienta a una temperatura de formación en caliente de 870°C y posteriormente se forma en caliente en una prensa caliente no presenta polvo blanco, que es un signo del óxido de zinc, y tampoco presenta microgrietas .
Por otra parte, se realizó un experimento en el que no se usó paso de enfriamiento intermedio. Se utilizaron primordios galvanizados y recocidos que tenían un peso de recubrimiento de 65 g/m2 por lado. En un experimento no se utilizó temperatura superior TI en el cual la temperatura se mantuvo constante durante varios segundos ti; en el segundo experimento la temperatura se mantuvo constante a 650°C durante 1000 segundos.
Tabla 3: Resultados de diferentes tratamientos térmicos Los experimentos 7 y 8 muestran que el primordio galvanizado y recocido se mantiene a una temperatura por debajo de la temperatura Acl del sustrato durante un periodo de tiempo relativamente largo para evitar la formación de polvo blanco y microgrietas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar una parte recubierta que tiene propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 - recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 300°C y la temperatura Acl del acero; 4 - enfriar el acero recubierto; 5 - cortar un primordio de la tira después del paso 2; 6 - calentar el primordio a una temperatura superior a la temperatura Acl del acero; 7 - formar en caliente el primordio en una parte; 8 - endurecer la parte formada en caliente.
2. Un método para fabricar una parte recubierta que tiene propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 300°C y la temperatura Acl del acero; A - cortar un primordio de la tira después del paso 2; 5 - calentar el primordio a una temperatura por encima de la temperatura Acl del acero; 6 - formar en caliente el primordio en una parte; 7 - endurecer la parte formada en caliente.
3. Un método para fabricar una parte recubierta que tiene propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 600°C y la temperatura Acl del acero; 4 - enfriar el acero recubierto; 5 - cortar un primordio de la tira después del paso 1, 2, 3 ó 4; 6 calentar el primordio a una temperatura por encima de la temperatura Acl del acero; 7 - formar en caliente el primordio en una parte; 8 - endurecer la parte formada en caliente.
4. Un método para fabricar una parte recubierta que tiene propiedades mecánicas muy elevadas utilizando técnicas de formación en caliente, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 600°C y la temperatura Acl del acero; 4 - cortar un primordio de la tira después del paso 1, 2 ó 3; 5 -calentar el primordio a una temperatura por encima de la temperatura Acl del acero; 6 - formar en caliente el primordio en una parte; 7 - endurecer la parte formada en caliente .
5. Un método según la reivindicación 1, ó 2, en donde el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 440°C y la temperatura Acl del acero en el paso 3, preferentemente entre 440°C y 800°C.
6. Un método según la reivindicación 5, en donde el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 440°C y 600°C, preferentemente entre 460°C y 560°C.
7. Un método según la reivindicación 5, en donde el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 600°C y 700°C, preferentemente entre 625°C y 675°C.
8. Un método según la reivindicación 5, en donde el acero recubierto se calienta a una temperatura entre 700°C y la temperatura Acl, preferentemente entre 700°C y 800°C.
9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el acero tiene la siguiente composición en porcentaje en peso: 0.15 < C < 0.5; 0.5 < Mn < 3.0; 0.1 < Si < 0.5; Cr < 1.0; Ti < 0.2; Al < 0.1; P < 0.1; S < 0.05; 0.0005 < B < 0.08; opcionalmente : Nb < 0.1; V < 0.1; impurezas inevitables; el resto es hierro .
10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primordio se calienta a una temperatura entre la temperatura Acl del acero y 1000°C en el paso 5 de las reivindicaciones 2 ó 4, o el paso 6 de las reivindicaciones 1 ó 3, de preferencia a una temperatura entre 900°C y 1000°C.
11. Un método según la reivindicación 1 y 3 y 5- 10 con referencia a la reivindicación 1, en donde el acero se enfria por lo menos a 50°C en el paso 4, y preferentemente el acero se enfria a una temperatura inferior a 100°C, más preferentemente el acero se enfria a temperatura ambiente.
12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el acero recubierto está provisto de una capa de recubrimiento adicional después del paso 2 o el paso 4, la capa de recubrimiento adicional proporciona protección contra la corrosión.
13. Un método para fabricar una tira de acero recubierta para usarse en la formación en caliente de una parte, que comprende los siguientes pasos: 1 - proporcionar una tira de acero; 2 - recubrir el acero con una capa de zinc o aleación de zinc; 3 - calentar el acero recubierto a una temperatura entre 600°C y la temperatura Acl del acero; 4 - enfriar el acero recubierto.
14. Un método según la reivindicación 13, en donde la tira de acero se corta para formar un primordio de la tira y opcionalmente a partir del primordio se forma una parte después del paso 1, 2, 3 ó 4.
15. Un método según la reivindicación 13 ó 14, en donde se aplica cualquiera de las características de las reivindicaciones 5, 7, 8, 9, 10, 11 y/o 12.
16. Un tira de acero recubierto, primordio o parte, provisto con un recubrimiento de zinc o aleación de zinc, en donde la capa externa del recubrimiento en promedio contiene más del 5% en peso de Fe en una profundidad de 3 µp?.
17. Una tira de acero recubierto, primordio o parte según la reivindicación 16, en donde la capa externa del recubrimiento en promedio contiene más del 10% en peso de Fe en una profundidad de 3 pm, preferentemente más del 20% en peso de Fe, más preferentemente más del 30% en peso de Fe, aún más preferentemente más del 40% en peso.
18. Una tira de acero recubierto, primordio o parte según la reivindicación 16 ó 17, en donde el acero tiene la composición como se especifica en la reivindicación 9.
19. Una tira de acero recubierto, primordio o parte según la reivindicación 16, 17 ó 18, en donde el acero recubierto ha sido provisto con una capa de recubrimiento adicional que proporciona protección contra la corrosión.
20. Una parte provista mediante la realización del método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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