MX2015002725A - Metodo para aplicar un recubrimiento protector a un producto plano de acero y un producto plano de acero que tiene un recubrimiento protector correspondiente. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para aplicar un recubrimiento protector (10) a un producto plano de acero (100), en donde el recubrimiento protector (10) se produce al guiar el producto plano de acero (100) que tiene una temperatura de entrada de la tira de 400-490 00 a través de un baño de aleación de zinc fundido. El baño de aleación de zinc fundido (11) tiene una temperatura de baño de 400-480 °C y contiene una fracción de aluminio y una fracción de magnesio. En particular, el baño de aleación de zinc fundido (11) tiene la siguiente composición: - la fracción de aluminio está en el rango entre 1.8 y 3.0 por ciento de peso; - la fracción de magnesio está en el rango entre 1.3 y 2.7 por ciento de peso; - la fracción de aluminio en porcentaje en peso es mayor que la fracción de magnesio en porcentaje en peso; - la relación de la fracción de magnesio en porcentaje en peso a la suma de la fracción de aluminio en porcentaje en peso y la fracción de magnesio en porcentaje en peso está en el rango entre 0.31 y 0.44; y - el resto del baño de aleación de zinc fundido es zinc e impurezas inevitables. (Fig. 9).

Description

MÉTODO PARA APLICAR UN RECUBRIMIENTO PROTECTOR A UN PRODUCTO PLANO DE ACERO Y UN PRODUCTO PLANO DE ACERO QUE TIENE UN RECUBRIMIENTO PROTECTOR CORRESPONDIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método que permite que el recubrimiento de productos planos de acero con un recubrimiento protector a base de zinc. La invención también se refiere a productos de acero, tales como una tira de acero o chapa de acero, a las que por lo menos en uno de los lados del producto plano de acero que se ha aplicado un recubrimiento protector a base de zinc. También se extiende a un producto de acero con un recubrimiento protector correspondiente. Se reivindica prioridad a la solicitud EP 12182842.0, que fue presentada el 3 de septiembre de 2012.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Desde hace tiempo se sabe que para mejorar la resistencia a la corrosión de los productos planos de acero 100, tales como tiras de acero o chapas de acero, se deben cubrir con una aleación de zinc. En la práctica, esto tiene lugar principalmente cuando el producto de acero sale de un horno y se introduce en un baño de aleación de zinc 11, como se indica con la ayuda de un aparato ejemplar 200 en la Figura 10. Con el fin de proteger el producto plano de acero 100 de la oxidación, el producto pasa típicamente a través de una manga 12 en el baño de aleación de zinc. En el baño 11, el producto plano de acero 100 se redirige por un rodillo 13, y se mueve hacia arriba fuera del baño 11. Al salir del baño de 11, la película fundida adherente del producto de acero 100 se separa por medio de una corriente de gas desde las boquillas 14 de una unidad de separación a chorro hasta llegar al tamaño objetivo, y el producto plano de acero 100 se transfiere entonces a una zona de enfriamiento 15. Al salir del baño de aleación de zinc 11, el producto plano de acero en forma de tira 100 se rasga con él una cantidad de aleación que depende de la velocidad del transportador. La cantidad de aleación es un múltiplo del chapado de aleación deseada. Con la corriente dirigida (nitrógeno, aire, o una mezcla de éstos, en 10 a 70°C) desde las boquillas 14 (se utilizan preferentemente boquillas anchas planas), tanto de la aleación fundida se elimina hasta que el recubrimiento deseado permanece en el plano producto de acero 100. El espesor del recubrimiento se encuentra entre otros en función de la velocidad del transportador, de la presión de soplado y del espaciamiento de las boquillas 14 del producto plano de acero en forma de tira 100. El espesor del recubrimiento de la aleación de zinc en el producto plano de acero 100 puede, por lo tanto, estar influenciado por las boquillas 14. Además, sin embargo, las propiedades inherentes de la composición de aleación juegan un papel importante. Este proceso de funcionamiento continuo es generalmente llamado recubrimiento por inmersión en caliente.

Durante mucho tiempo, se han utilizado los llamados sistemas de recubrimiento de Zn-Mg-Al, que desarrollan un efecto excelente de protección contra la corrosión incluso a espesores de recubrimiento bajos. El rendimiento metalúrgico de un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al complejo como en un baño de inmersión en caliente 11, desde un punto de vista termodinámico, sólo se logra con esfuerzo y supuestos simplificadores tienen que estar hechos con el fin de ser capaces de simular el baño de inmersión en caliente 11 en si mismo y la cubierta del producto plano de acero 100 con un recubrimiento protector en tal baño de inmersión en caliente 11. Esto es en parte debido a que el proceso de recubrimiento por inmersión en caliente es un proceso dinámico en el cual el producto plano de acero 100 se introduce en el baño 11 y se retira del baño de 11 por medio de un proceso continuo. Además, la composición del baño 11, es decir, las concentraciones localmente presentes de los componentes de aleación individuales, pueden cambiar momentáneamente a nivel local y también la distribución de temperatura puede variar ligeramente. Ya existen numerosas investigaciones y solicitudes de patentes, cada una dedicada a aspectos parciales de los sistemas de recubrimiento de Zn-Mg-Al en el baño por inmersión en caliente 11. A continuación se mencionan ejemplos: GB 1,125,965: Este documento antiguo de patente describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al en el que la siguiente gran variedad de composiciones de aleación (en porcentaje en peso) se definen: 1 < Mg < 4 y 0.05 < Al < 5. Las modalidades especificas y las enseñanzas téenicas de este documento de patente más antigua se refieren ya sea a sistemas de recubrimiento de Zn-Mg-Al y baños por inmersión en caliente cuya aleación tiene específicamente una de las composiciones de aleaciones siguientes (1. a 5.): 1. Mg = 2 en peso%, Al = 4 en peso%; 2. Mg = 2.4% en peso, Al = 3.2% en peso; 3. Mg = 2.4% en peso, Al = 3.8% en peso; 4. Mg = 2.49% en peso, Al = 4.39% en peso; 5. Mg = 2.5% en peso, Al = 4.5% en peso; 0 a sistemas de recubrimiento de Zn-Mg-Al y baños por inmersión en caliente cuya aleación tiene específicamente una de las siguientes composiciones de aleación (9. a 6.): 6. Mg = 2.77% en peso, Al = 0% en peso; 7. Mg = 2.97% en peso, Al = 0.12% en peso; 8. Mg = 3% en peso, Al = 0% en peso; 9. Mg = 3% en peso, Al = 0.2% en peso; WO 2006/002843: Esta solicitud de patente describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al en el que la composición de la aleación (en porcentaje en peso) se define como sigue: 0.3 < Mg < 2.3 y 0.6 < Al < 2,3. De acuerdo con las enseñanzas de esta solicitud de patente una ventana relativamente grande que se extiende entre 0.3 por ciento en peso y 2.3 por ciento en peso es abarcado para el componente de magnesio. Con el fin de no afectar negativamente a la capacidad de soldadura, las enseñanzas de esta solicitud de patente indican que el componente de aluminio debe fijarse en un máximo de 2.3 por ciento en peso.

EP 1621 645 Al: Esta solicitud de patente describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al en el que se utilizan el aluminio y magnesio en una proporción de 1:1. Este documento explica que la suma de estos elementos de aleación no debe ser demasiado alta debido a la formación de escoria en el baño. La enseñanza téenica del documento EP 1621 645 Al dice entre otras cosas que más allá de 2.3 por ciento en peso de aluminio y 2.3 peso del uno por ciento de magnesio obtiene un recubrimiento cada vez más frágil en el que la calidad de la superficie se deteriora notablemente. Por lo tanto, según esta solicitud de patente, se propone un rango entre 0.6 y 1.3 por ciento en peso de aluminio y 0.6 a 1.3 por ciento en peso de magnesio.

WO 2012/091385 A2: Esta solicitud de patente también describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al en el que además de Zn-Mg-Al, se añade al baño un cuarto elemento (por ejemplo, de silicio o de litio). De acuerdo con esta solicitud de patente [Al / (Al + Mg)] debe estar en el rango entre 0.38 y 0.48. Este rango de información se puede convertir en la siguiente declaración: 0.61 * Mg < Al < 0.77*Mg. De esto se deduce que la enseñanza téenica del documento WO 2012/091385 A2 indica que siempre debe estar presente mayor cantidad de magnesio que de aluminio en la masa fundida.

EP 1857 566 Al: Esta solicitud de patente describe de nuevo un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al, en el que otras sustancias (por ejemplo, Pb, Si y otros) se añaden en pequeñas cantidades. La enseñanza técnica de este documento afirma que, por sobre todo, se prefiere un baño de aleación que contiene entre un 0.15 y 0.4 por ciento en peso de aluminio y 0.2 a 2.0 por ciento en peso de magnesio. Esta solicitud de patente describe que se consigue una combinación óptima de alta resistencia a la corrosión y soldabilidad optimizada mediante la aplicación de las enseñanzas téenicas descritas.

EP 2119804 Al: Esta solicitud de patente también describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al, en el que se añaden sustancias adicionales en pequeñas cantidades (hasta 0.3 por ciento en peso). Las enseñanzas técnicas de este estado documento indican que, por sobre todo, se prefiere un baño de aleación que contiene entre 2 y 8 por ciento en peso de aluminio y de 0 a 5 por ciento en peso de magnesio. La tarea de esta solicitud de patente es la reducción de la ondulación del recubrimiento protector metálico solidificada.

La publicación técnica "Estructura de Solidificación de la Capa de Recubrimiento sobre Hojas de Acero Recubiertas con Si Zn-11% Al-Mg-3% 0.2% por Inmersión en Caliente" por K. Honda et al, Materiales de Transacción, Vol.. 49, Nr.6, 2008, páginas 1395-1400, describe un sistema de recubrimiento de Zn-Mg-Al que se produce a partir de un baño con 11 por ciento en peso de aluminio, 3 por ciento en peso de magnesio y 0.2 por ciento en peso de silicio. Se ha informado de que con la ayuda de la estructura de solidificación se pudo determinar que - a diferencia de en el estado de equilibrio - se pudo observar MgZn2 lugar de Mg2Znu. Aparentemente, en particular, el montaje experimental y en las condiciones especificadas MgZn2 se forma como una estructura metaestable (llamado Fase-Laves), mientras que Mg2Znii no lo hace. Información adicional sobre este tema se puede tomar de la tesis de E. De Bruyker sobre "Recubrimientos de aluminio de Zn-Mg-Al: análisis termodinámico y propiedades relacionadas con la microestructura", Disertación, Univ. Gent, 2006.

También hay enfoques téenicos, que se aplican principalmente en los productos provenientes de Asia, en los que no se alcanza el punto de solidificación eutéctica sobre un valle eutéctico. Estos enfoques, sin embargo, se encuentran típicamente en el intervalo hipereutéctico con más de 5 por ciento en peso por elemento de aleación. De la solicitud de patente europea EP 1 466 994 Al, por ejemplo, tal enfoque se conoce que produce un producto de metal cuya capa protectora Zn-Mg-Al contiene entre 2 y 19 por ciento en peso de aluminio y entre 1 y 10 por ciento en peso de magnesio .

Además de la protección pura contra la corrosión, existen requisitos sin embargo siempre progresando en términos de calidad de la superficie de los productos planos de acero recubiertos de zinc. Por encima de todo, la industria del automóvil, pero también el sector de la construcción, esperan que los productos satisfagan las más altas exigencias hacia las superficies.

La aplicación de un recubrimiento protector a base de zinc es un proceso muy dinámico, que especialmente en una gran escala industrial está determinado por numerosos parámetros y factores influyentes. En los últimos años se llevaron a cabo varios intentos para operar el aparato de recubrimiento de zinc por inmersión en caliente (como por ejemplo el aparato 200 que se muestra en la Figura 10) de tal manera que la calidad de la superficie provista del recubrimiento protector a base de zinc podría incrementar consistentemente buena protección contra la corrosión por el recubrimiento metálico. Además, el diagrama de fases ternario de Al-Mg-Zn de un ZnAlMg de fusión presenta un sistema muy complejo con numerosas fases intermetálicas incluyendo binaria así como el tipo ternario. Proporcionar superficies homogéneas, por tanto, no es algo trivial.

Los principales problemas con esto, son a menudo defectos de superficie que pueden ocurrir durante la solidificación del recubrimiento protector ZnAlMg debido a la oxidación selectiva de la película fundida.

Otros aspectos que deben tenerse en cuenta para proporcionar un recubrimiento protector ZnAlMg adecuado, son la economía, el uso racional de los recursos valiosos, y sobre todo el gasto de energía, que debe hacerse en la producción.

Por lo tanto, es el objetivo téenico de la presente invención el proporcionar un método, así como los productos planos de acero correspondientes que tienen un recubrimiento protector a la corrosión técnica y especialmente duradero y robusto, con lo que la superficie del recubrimiento protector debe ser especialmente homogénea y suave. Se hizo además un gran esfuerzo para lograr que la calidad de la superficie cumpla con los más altos requisitos del cliente.

Además, este método debe ser lo menos posible consumidor de energía, rentable, simple y reproducible.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método continuo (recubrimiento por inmersión en caliente) que permite que un producto plano de acero pueda ser provisto de un recubrimiento metálico (de protección) que proteja el sustrato de acero del producto plano de acero contra el ataque corrosivo y otras influencias externas.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un baño metálico con una aleación de ZnMgAl. Esta aleación ZnMgAl se compone según el siguiente nuevo concepto de aleación; El componente de aluminio (en porcentaje en peso) es más grande que el componente de magnesio (en porcentaje en peso); El componente de aluminio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 1.8 y 3.0 por ciento en peso; El componente de magnesio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 1.3 y 2.7 por ciento en peso; La relación del componente de magnesio (en porcentaje en peso) a la suma del componente de aluminio (en porcentaje en peso) y el componente de magnesio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 0.31 a 0.44; El resto son zinc e impurezas inevitables.

De acuerdo con la presente invención, estas impurezas inevitables en todas las modalidades están en un intervalo que es considerablemente menor que 1 por ciento en peso (wt%).

De acuerdo con la presente invención, un baño metálico se proporciona con una aleación de ZnAlMg preferiblemente en todas las modalidades, como sigue: El contenido de aluminio (porcentaje en peso) está en el intervalo entre 2 y 2.9 por ciento en peso; El contenido de magnesio (porcentaje en peso) está en el intervalo entre 1.5 y 2.4 por ciento en peso; La proporción del contenido de magnesio (porcentaje en peso) a la suma de los contenidos de aluminio (por ciento en peso) y el contenido de magnesio (porcentaje en peso) está en el intervalo 0.34 a 0.40; El resto son zinc e impurezas inevitables.

La descripción específica del nuevo concepto de aleación de ZnAlMg se da en la siguiente descripción y análisis. En particular, en relación con los análisis específicos, la composición del baño se varió en el intervalo de 2.0 a 2.9 en porcentaje en peso de Al y de 1.5 a 2.4 mg en porcentaje en peso. El nuevo concepto de aleación ZnMgAl se determinó a partir de consideraciones termodinámicas básicas y modelos simplificados derivados de allí. Con la ayuda de experimentos prácticos, se puede demostrar que el concepto de aleación de hecho conduce a resultados muy buenos. Se ha demostrado que la masa fundida y su solidificación sobre un producto plano de acero están causalmente relacionadas con la apariencia visual y las cualidades de la superficie solidificada, y que una especificación controlada de características de solidificación da a luz excelentes resultados. Consignadas curvas de solidificación pueden servir como directrices ásperas para comprender mejor la aplicación práctica.

Ya que al parecer varias fases y aleaciones diferentes coexisten durante la solidificación de la aleación ZnMgAl e interactúan terodinámicamente entre sí, se buscó una manera viable de encontrar un camino de solidificación diferente como antes. El objetivo es formar lo más estrechamente posible una denominada eutéctica ternaria de los metales Zn, Al, Mg y durante la solidificación del recubrimiento protector. Anteriormente, esencialmente dos diferentes fases están presentes en el baño antes de la solidificación final de esta eutéctica ternaria. Estas dos fases son una fase de zinc primaria y un eutéctico binario.

Es importante que el presente concepto de aleación permite más grados de libertad (en el sentido de una ventana de mayor producción) para la optimización del proceso de remoción en que emerge del baño de masa fundida y durante la remoción por medio de boquillas, que es muy ventajoso desde el punto de vista del proceso téenico y económico. Con esto, uno es capaz de también ajustar y optimizar los parámetros físicos (preferiblemente la abertura de ranura d de las boquillas y/o de la distancia z de las boquillas de la tira de acero) durante la emersión y el retiro en amplios intervalos además de la optimización pura de la composición de la aleación del baño, con el fin de lograr el resultado global deseado.

De acuerdo con la presente invención, es posible con la remoción después de la emersión reducir claramente la aparición de la formación de defecto (tal como ZnAlMg perturbación de remoción y fallas en la topografía de la superficie). Además, es posible conseguir el ajuste de los parámetros físicos (apertura de la ranura d de las boquillas y/o de la distancia z de las boquillas de la tira de acero) durante la emersión y remoción en ventanas de parámetros mayores que antes, sin tener que estos ajustes conduzcan a un aumento de error en la formación de la tira de acero.

De acuerdo con la presente invención también la llamada resistencia a manchas por humedad de almacenamiento en la costura después de una prueba de pulverización con sal del producto plano de acero se incrementará con el recubrimiento protector de la invención, que es una ventaja significativa sobre otros sistemas de aleación.

De acuerdo con la invención en el curso de la solidificación hasta llegar a la eutéctica terciaria (a aprox. 343°C) ni MgZn2 ni una fase rica en aluminio debe cristalizar, pero en la medida de lo posible sólo zinc.

De acuerdo con la presente invención, el nuevo concepto de aleación se selecciona de una manera que con la solidificación principalmente se forman dendritas de zinc primarias. Sin embargo, la composición de la masa fundida puede desviarse de la composición ideal de acuerdo con la invención a través de las variaciones en la salida de aleación causadas por sustrato, velocidad de tratamiento y condiciones de presión de la remoción, asi como a través fluctuaciones mínimas en el contenido de la aleación del zinc de los bloques de magnesio-aluminio a ser cargados, por lo que - no se pretende - poco antes de alcanzar las eutécticas ternarias, puede ser encontrado uno de los dos valles eutécticos (ya sea el surco rico en Mg o el surco rico en Al). Esto conduce entonces además de la cristalización primaria de zinc en grado mínimo también a la cristalización binaria de MgZn2 y Zn y/o fase de zinc rica en aluminio. Es decir, se pueden formar regiones de MgZn2 y/o regiones de aluminio o fases, respectivamente. El contenido en la involuntariamente - fase binaria cristalizada de rica en Mg o Al en el recubrimiento totalmente solidificado de Zn-Al-Mg es siempre menor que 10 por ciento en peso, pero predominantemente menos de 5 por ciento en peso.

El desarrollo del nuevo concepto de aleación se remonta a consideraciones teóricas en situaciones de equilibrio, diversas simulaciones y su aplicación en concreto, experimentos prácticos. Se demostró que la teoria puede ser transferida aproximadamente a la práctica, incluso si se basa principalmente en baños de aleación estáticos o correspondientemente a partir de baños de aleación en equilibrio. Principalmente, también se han llevado a cabo experimentos en escala de producción industrial. A partir de ahí se puede determinar que es importante excluir la Fase de Mg2Znn termodinámicamente preferida. Si se excluye esta fase de Mg2Znn, resulta una trayectoria diferente de solidificación al anterior. Esta trayectoria de solidificación será aquí simplemente referida como una trayectoria de solidificación cuasi-monofásica, ya que la trayectoria de solidificación se especifica de tal manera que, hasta alcanzar el punto de solidificación de los eutécticos ternarios, sustancialmente sólo una fase se está cristalizando. Al especificar una composición de aleación especifica, la trayectoria de solidificación está influenciada de manera que en consecuencia, resulta una trayectoria solidificación cuasi-monofásica que consigue relativamente directamente el punto de la eutéctica ternaria. El nuevo concepto de la aleación, por lo tanto no lleva la trayectoria en la dirección de un valle eutéctico y luego a lo largo del surco hasta el punto de la eutéctica ternaria.

De acuerdo con la presente invención, la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica está predeterminada de tal manera que la mezcla eutéctica ternaria de los metales Zn, Al y Mg se forma casi inmediatamente después de la fase de zinc primaria. Uno fuerza el curso de la solidificación de la aleación en el producto plano de acero mediante la especificación de la relación entre el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) al contenido de magnesio (en porcentaje en peso) en la dirección deseada. De esta manera, se impone la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica.

De acuerdo con la presente invención, esta trayectoria de una sola fase o trayectoria de solidificación se guia o controla preferiblemente en todas las modalidades, de tal manera que se caracteriza principalmente por la solidificación primaria de las dendritas de zinc (Z).

De acuerdo con la presente invención, el comportamiento de solidificación del recubrimiento protector de ZnAlMg es especialmente adecuado, con el fin de obtener, en el proceso posterior de remoción después de la emersión, un recubrimiento protector de ZnAlMg que corresponde en calidad y espesor de recubrimiento a los requisitos modernos del sector del automóvil y en otras áreas. En particular, con la invención, el coste de la energía se ha optimizado de tal manera que todavía se consigue un buen comportamiento de solidificación.

Las investigaciones han demostrado que el concepto de aleación optimizada se refleja también en la microestructura del recubrimiento protector ZnAlMg producida así como en la tasa de error reducida de la superficie de esta capa protectora de ZnAlMg. Un recubrimiento protector de ZnAlMg tal consiste claramente de menos áreas con el eutéctico binario (BE) (o estructuras eutécticas binarias) y muestra principalmente dendritas de zinc y la eutéctica ternaria de ZnAlMg (TE) (o estructura eutéctica ternaria). En la práctica, esta capa protectora de ZnAlMg posiblemente puede tener un ligero resto de regiones o fases de Al y/o eutécticos binarios de fase de Zn y MgZn2.

Preferentemente, se especifica de manera controlada o que el contenido de sólidos antes de la solidificación de la mezcla eutéctica ternaria está en el intervalo entre aproximadamente 0.4 y 0.6 (fracción molar de la materia sólida en el baño el proceso de solidificación en el producto plano de acero en todas las modalidades). Este rango de ventana podría derivarse de la curva de solidificación sobre una base teórica y se pudo confirmar con la ayuda de imágenes de cortes transversales pulidos de los recubrimientos protectores, que han sido producidos según el método de la presente invención.

Preferentemente, el proceso de solidificación en el producto plano de acero en todas las modalidades Se especifica o se controla, respectivamente, de tal manera que el contenido de sólidos antes de la solidificación eutéctica final, es decir, antes de llegar al punto eutéctico, está por debajo de 55%.

De preferencia, el nuevo concepto de la aleación de la invención se aplica a los productos planos de acero recubiertos mediante la llamada inmersión en caliente.

La invención hace posible eliminar problemas de adherencia del recubrimiento o para reducir claramente en contraste con otros recubrimientos protectores ZnAIMg. Se forma una estructura muy estable y homogénea en la superficie como un recubrimiento protector.

A diferencia del arte previo, el contenido de aluminio y el contenido de magnesio se seleccionan de tal manera que claramente menos magnesio está presente en el baño de fusión en comparación con el contenido de aluminio. El contenido de magnesio es, de acuerdo con la presente invención en todas las modalidades, siempre menor de 21% - 45% que el contenido de aluminio, es decir, la invención proporciona una combinación asimétrica del contenido de aluminio y el contenido de magnesio. Además, se ha previsto que el contenido de aluminio junto con el contenido de magnesio en todas las modalidades es menor que 5.7% en peso, con un máximo de 3.0% en peso para el contenido de aluminio y un máximo de 2.7% en peso para el contenido de magnesio.

Preferiblemente, el contenido de aluminio junto con el contenido de magnesio en todas las modalidades es menor que 5.3% en peso, con un máximo de 2.9% en peso para el componente de aluminio y un máximo de 2.4% en peso para el componente de magnesio.

A diferencia del arte previo, de acuerdo con la invención, los componentes de la aleación (especialmente el contenido de aluminio y el contenido de magnesio) se seleccionan de tal manera que se logra un consumo de energía tan pequeño como sea posible (o un equilibrio de energía óptimo). Por un lado, el consumo directo de energía para la fusión, recubrimiento y remoción juega un papel importante. Por otro lado, sin embargo, sobre todo, también el coste de la energía de los ingredientes añadidos claramente debe ser reservado .

Contenidos de aluminio y magnesio más grandes que aquellos que, debido a las condiciones metalúrgicas para la obtención externa cualidades superficiales compatibles con la piel, aparecen bajo estos aspectos (ambientales/energéticos) no son razonables. En este sentido, la invención ofrece una clara ventaja sobre otros sistemas de aleación que proporcionan altos contenidos de aluminio y magnesio.

El concepto aleación de la invención representa ventajas óptimas: Contenido de la aleación mínimo benéfico en lo que respecta a la calidad de la superficie externa de la piel, Se evita la cristalización secundaria en la región del valle eutéctico del sistema ternario rico en Zn y Zn-Al-Mg, en particular la fase de MgZn2, Durabilidad mejorada a la corrosión en numerosas áreas de aplicación (en comparación con recubrimientos de zinc y zinc-hierro), Una aplicación de conservación de recursos en el sentido del ciclo del producto, ecológicamente razonable y sostenible.

La invención se puede aplicar también para alambrón, así como a los aceros laminados en frío y los correspondientes productos planos de acero.

Otras modalidades ventajosas de la invención forman el objeto de las reivindicaciones dependientes.

Las modalidades de la invención se describen en más detalle en la siguiente con referencia a los dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1A muestra una representación esquemática de un triángulo contenido de un baño de aleación de ZnAIMg.

La Figura IB muestra una representación esquemática de un triángulo contenido de la Figura 1A en la que se muestran lineas de coordenadas y la región rica en zinc se muestra sombreada.

La Figura 1C muestra una ampliación esquemática de la región rica en zinc de la Figura IB en la que se muestra esquemáticamente las lineas de coordenadas y la trayectoria de solidificación quasi-unifásica de la invención.

La Figura 2A muestra una representación en 3 dimensiones en la que los componentes del sistema ternario de Al-Mg-Zn se encuentran en la región de dos dimensiones, y la temperatura (T) se representa en el eje apuntando hacia arriba. A partir de esta representación se puede aprender el curso del punto de estado (es decir, la trayectoria de solidificación quasi-unifásica) de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2B muestra una representación de 2 dimensiones de la región rica en zinc de la Figura 2A en la que la trayectoria de la solidificación quasi-unifásica de la Figura 2A se proyectó en el plano.

La Figura 3 muestra una representación esquemática de un triángulo de contenido adicional del sistema de Zn-Al-Mg, la representación no está hecha a escala.

La Figura 4 muestra una representación esquemática de una curva de solidificación clásica de un baño de Al-Mg-Zn que consiste en 2.0 por ciento en peso de aluminio y 2.0 por ciento en peso de magnesio.

La Figura 5 muestra una representación esquemática de una curva de solidificación de un baño de Al-Mg-Zn que consiste en 2.0 por ciento en peso de aluminio y 2.0 por ciento en peso de magnesio, en el que se excluyó la fase Mg2Znn .

La Figura 6 muestra una representación esquemática de una curva de solidificación determinada teóricamente de un baño de Al-Mg-Zn de la invención, que consiste ejemplarmente de 2.5 por ciento en peso de aluminio y 1.6 por ciento de magnesio peso; aquí también la fase de Mg2Znn fue excluida, (el punto eutéctico se designa por E).

La Figura 7 muestra una representación esquemática de una combinación ejemplar de acuerdo con la invención del contenido de aluminio y el contenido de magnesio.

La Figura 8 muestra una ilustración esquemática de una sección transversal pulida a través de una región superior de un producto plano de acero y un recubrimiento protector de ZnAlMg convencional en el que el recubrimiento protector se produce a partir de un baño de Al-Mg-Zn con 2.0 por ciento en peso de aluminio y 2.0 por ciento en peso de magnesio.

La Figura 9 muestra una representación muy esquemática de una sección transversal pulida a través de una región superior de un producto plano de acero con un recubrimiento protector de ZnAlMg de acuerdo con la invención en la que este recubrimiento protector se produce a partir de un baño de Al-Mg-Zn con 2.5 por ciento en peso de aluminio y 1.6 por ciento en peso de magnesio (el componente eutéctico binario BE es menor que < 10% y preferiblemente < 5%).

La Figura 10 muestra una representación muy esquemática de un aparato conocido para galvanización por inmersión en caliente.

La Figura 11 muestra una representación muy esquemática tabular de la intensidad de los errores que se producen en un recubrimiento protector de Zn-Mg-Al convencional en comparación con el recubrimiento de protección de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se refiere a un baño de aleación ZnMgAl 11 (véase por ejemplo la Figura 10). Este baño de aleación 11 y la aleación producida a partir de éste (recubrimiento de protección 10 en la Figura 9) comprenden sustancialmente tres componentes: Zn, Al y Mg e impurezas posiblemente inevitables. Preferiblemente, estas impurezas inevitables en todas las modalidades de la invención se encuentran en un rango que es claramente menor que 1 por ciento en peso.

El estado de una aleación correspondiente está determinado por tres variables a saber, por la temperatura T y dos especificaciones de contenido (especificaciones de concentración). Con éstos, también se define el contenido del tercer componente. Para tales sistemas ternarios una ilustración de dos dimensiones del diagrama de fase no es posible y por lo tanto se utiliza una ilustración tridimensional. La superficie de la base de esta ilustración describe el contenido y en el espacio por encima de la temperatura trazada. Regiones monofásicas y polifásicas forman cuerpos tridimensionales en esta ilustración. Una representación ejemplar correspondiente se puede ver en la Figura 2A, que se describirá más adelante.

Las superficies de base de un diagrama de fases ternario pueden ilustrarse como triángulos de contenido, como se muestra en la Figura 1A para una aleación ZnAIMg. El contenido de los tres componentes Zn, Al, Mg y están representados por XZn, XAi y XMg· Ya que sólo dos contenidos son independientes uno de otro, los tres contenidos pueden ilustrarse como un punto en el triángulo de contenido. Se aplica: Xzn + XAI + XMg = 100% [1] Las especificaciones (contenidos) en porcentaje en peso (wt%) de los tres componentes de Zn, Al y Mg, junto con posibles impurezas siempre dan la suma 100.

En la Figura 1A el punto P puede representar una aleación ejemplar. Entonces las distancias del punto P de los lados del triángulo de lados iguales corresponden a los tres contenidos XZn, XAi y XMg. Es decir, para cada punto en un triángulo de lados iguales, la suma de las tres distancias de los lados es la misma que la altura del triángulo. La altura del triángulo se fija igual a 100%. Para facilitar la lectura, se inserta de una rejilla triangular de coordenadas.

Dado que la invención se refiere a un baño de rico en zinc en el que el componente de zinc es mayor que 90%, es decir XZn> 90, la esquina inferior derecha del triángulo contenido es de particular importancia. En la Figura IB, las siguientes lineas de la cuadricula de coordenadas triangular se representan: XZn = 50 y XZn = 90 paralelas a la extremidad Mg- Al; XMg = 10 paralela a la extremidad Al-Zn; y XAi = 10 paralelo a la extremidad Mg-Zn. Para las aleaciones de zinc con un componente que es mayor que 90%, por lo tanto el triángulo sombreado de la Figura IB se observa muy de cerca.

Dependiendo del dimensionamiento de los ejes de la cuadricula de coordenadas triangular de tales ilustraciones ya sea especificación en wt% (porcentaje en peso) o en la especificación en at% (porcentaje atómico) se puede leer La diferencia entre wt% y la especificación en at% es aproximadamente un factor de 2.4 con base en los elementos de aleación de aluminio y magnesio. En el contexto de la presente descripción y las ilustraciones el wt% está dado, si no se indica explícitamente lo contrario.

En la Figura 1C triángulo sombreado de la Figura IB se amplía y se muestra sin el sombreado. En la Figura 1C las siguientes líneas de la cuadrícula de coordenadas triangular se trazan (especificación en wt%): XZn = 90, XZn = 95, y XZn = 99 paralelos con la extremidad Mg-Al; XMG = 10, XMG = 2, y XMG = 1 paralelos a la extremidad Al-Zn, así como XAi = 10, XAi = 3, XAi = 2, y XAi = 1 como paralelos a la extremidad Mg-Zn.

De acuerdo con la invención, la relación del contenido de magnesio (en porcentaje en peso) a la suma de los contenidos de aluminio (en porcentaje en peso) y el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) se encuentra en el rango de entre 0.31 a 0.44. Especialmente preferido es el rango de entre 0.35 a 0.40. La siguiente Tabla 1 muestra algunos pares preferidos de números que han sido determinados con base en la serie de pruebas realizadas.

Si la última columna de la Tabla 1 se ordena en orden ascendente, la siguiente gama de valores de 0.31-0.44 (redondeado de 0.439) resulta, como se muestra en la última columna de la Tabla 2.

La relación entre el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) y el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) puede ser descrito según la siguiente ecuación [2]: 0.31 * y / (x + y) < 0.44 [2] La especificación de extensión y los limites de la ecuación [2] se puede convertir en la siguiente declaración: 1.56 * Mg < Al * 2.22 * Mg [3] Además, se puede establecer que el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) para todas las modalidades se comporta proporcional al contenido de aluminio (en porcentaje en peso), como se puede aprender de las dos columnas centrales en la Tabla 1. La Tabla 3 reproduce la misma serie experimental, por lo que los valores de la última columna de la Tabla 3 se clasifican en orden ascendente.

La composición de la aleación de la ZnAlMg fundida en el baño de zinc se ajusta de acuerdo con la invención basada en el análisis del curso de las curvas de enfriamiento calculadas teóricamente. Cabe señalar que el enfriamiento (relación de enfriamiento), en la que se basa la simulación, es diferente de la relación de enfriamiento real durante la galvanización. La tendencia es, sin embargo, la misma para las curvas de enfriamiento determinadas teóricamente con exclusión de Mg2Znu y el galvanizado real. Una curva de enfriamiento de acuerdo con la Figura 6, por lo tanto, sirve como una especie de pista o directriz.

En la Figura 4 una primera curva de enfriamiento se muestra con una composición convencional de un baño de ZnAlMg con 2.0 por ciento de peso de Al y 2.0 por ciento de peso de Mg. En la Figura 5, una curva de enfriamiento se muestra con una composición convencional de un baño de ZnAlMg con 2.0 por ciento de peso de Al y 2.0 por ciento de peso de Mg, donde ahora para el cálculo de la curva de enfriamiento de la fase Mg2Znn termodinámicamente preferida fue excluida deliberadamente.

En la Figura 6, sin embargo, se muestra una curva de enfriamiento teórico, que refleja una composición de la invención de un baño ZnAlMg con 2.5 por ciento de peso de Al y 1.6 por ciento de peso de Mg, con lo que también aquí para el cálculo de la curva de enfriamiento la fase Mg2Znu termodinámicamente preferida fue excluida. Haciendo referencia a la Figura 6 se puede observar que mediante la exclusión de la fase Mg2Znn y mediante la definición de una relación especial entre el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) y el contenido de magnesio (en porcentaje en peso), una transición casi directa de la solidificación de las dendritas de zinc (trazo 2 en estas figuras) a la solidificación de eutéctico ternario TE se produce (trazo 4 en estas figuras). El punto del eutéctico ternaria es (asi como en las Figuras 2A, 2B y 3) designado por "E". Además, a partir de la curva de enfriamiento teórico de la Figura 6 se puede aprender que la transición a la solidificación de eutéctico ternario TE (trazo 4) está en el rango entre 0.4 y 0.6. Preferiblemente, en todas las realizaciones de la invención, el contenido de sólidos en el baño está por debajo de 50%, es decir, en el rango de <0.5.

Las curvas de enfriamiento de las Figuras 4, 5 y 6 muestran la solidificación de una fundición definida (contenidos de Zn, Al y Mg) con lo que la naturaleza de la fase resultante y la fracción sólida (eje X; fracción molar del sólido que se forma en el baño) se representa gráficamente contra a la temperatura (eje Y; en grados centígrados). El área designada por "1" en estos diagramas representa la fase líquida en el baño. "2" se refiere a la solidificación de las dendritas de zinc primario. En la Figura 4 la masa fundida en el baño comienza a solidificarse a aproximadamente 367 °C y en la Figura 5 la solidificación comienza a aproximadamente 367 °C, también, y en la Figura 6 a aproximadamente 372 °C. "3" se refiere a la solidificación del eutéctico binario y "4" se refiere al área de la solidificación eutéctica ternaria, que de acuerdo con la invención comprende áreas/zonas con zinc puro, áreas/zonas con aleaciones MgZn2 y muy pequeñas áreas/zonas con fase de Aluminio. Los valores reales pueden diferir ligeramente en la práctica de los valores teóricos de las curvas de enfriamiento, pero una expresión cualitativa es posible.

La Figura 4 muestra una.curva de enfriamiento estándar calculada a partir del sistema ternario conocido Zn-Al-Mg (con 2.0 por ciento en peso de Al y 2.0 por ciento en peso de Mg), con lo que, tan común hasta ahora, la fase Mg2Znu termodinámicamente preferida no fue excluida. Para la Figura 5, sin embargo, no se utilizó la curva de enfriamiento estándar calculada a partir del sistema ternario conocida de Zn-Al-Mg, sino más bien una forma modificada de esta curva. La modificación fue una exclusión computacional de la fase Mg2Znn termodinámicamente preferido, porque esta fase no se pudo detectar en las capas solidificadas y producidas industrialmente.

Con referencia a la Figura 6 se puede observar que la curva de congelación determinada teóricamente ha cambiado significativamente en comparación con enfoques anteriores. La curva de congelación de la Figura 6 no muestra eutéctico binario BE o sólo una fracción insignificante del eutéctico binario BE.

La relación entre el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) y el contenido de aluminio (en porcentaje en peso), alternativamente puede también ser descrito por la siguiente ecuación [4], en el que los limites de 0.5 y 1.3, se han tomado de la última columna de la Tabla 3: 0.5 * x-y * 1.3 [4] En particular, preferiblemente estos limites se encuentran en todas las modalidades en 0.5 y 1.1.

La ecuación [4] define una relación proporcional entre el contenido de magnesio (porcentaje en peso) y el contenido de aluminio (porcentaje en peso). En todas las modalidades de la invención existe preferiblemente una relación proporcional lineal, que se muestra gráficamente en la Figura 7. En la Figura 7 tres lineas correspondientes se muestran, en donde x se representa en el eje horizontal e y se representa en el eje vertical, x corresponde a la proporción de aluminio en porcentaje en peso e y es el contenido de magnesio en porcentaje en peso. En la Figura 7, una ventana Fl es bosquejada, que define un rango particularmente preferido de la invención. La ventana Fl despliega la región en el que el contenido de aluminio está en el intervalo entre 1.8 y 3.0 de porcentaje en peso y el contenido de magnesio está en el intervalo entre 1.3 y 2.7 de porcentaje en peso. Más preferido es la ventana F2 que indica el rango en el que el contenido de aluminio está en el intervalo entre 2 y 2.9 de porcentaje en peso y el contenido de magnesio está en el rango entre 1.5 y 2.4 de porcentaje en peso.

En general, se puede determinar que la aleación de la invención se caracteriza porque el contenido de aluminio (porcentaje en peso) y el contenido de magnesio (porcentaje en peso) está en el rango de la ventana Fl, porque el contenido de magnesio (en peso por ciento) se comporta proporcional al contenido de aluminio (en porcentaje en peso) y porque el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) es siempre significativamente más pequeño que el contenido de aluminio (en porcentaje en peso). La relación es por lo tanto asimétrica.

A diferencia con la téenica anterior a modo de ejemplo anteriormente mencionado, la fracción de aluminio x y la fracción de magnesio y, se eligen de modo que mucho menos magnesio en comparación con el aluminio en el baño de fusión esté presente (esta declaración no se aplica al documento GB 1.125.965). La siguiente Tabla 4 se deriva de la Tabla 1, en donde el porcentaje de magnesio en comparación con el aluminio utilizado, es decir, proporcionado, en la masa fundida de acuerdo con la invención se da en la última columna. En la columna izquierda, los resultados de la investigación de una serie de experimentos de la invención se muestran de acuerdo con un esquema de evaluación simplificado. Resultados particularmente ventajosos en términos de la tarea se identifican por un (+++). No tan buenos, pero todavía buenos resultados se caracterizan por una (++). Buenos resultados se indican con un (+).

En la tabla 4 se puede observar que en todas las modalidades máximo 78.26% (redondeado al 79%) de magnesio en comparación con el contenido de aluminio tiene que ser utilizado. Estos cálculos se basan en cada caso en wt% (porcentaje en peso) y se pueden convertir en datos de at% (porcentaje atómico).

Preferiblemente, la siguiente declaración es cierta en términos de composición de la aleación para todas las modalidades: El contenido de aluminio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 2 y 2.9 por ciento en peso; El contenido de magnesio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 1.5 por ciento y 2.4 peso, donde La relación de contenido de magnesio (en porcentaje en peso) a la suma del componente de aluminio (en porcentaje en peso) y el componente de magnesio (en porcentaje en peso) está en el rango entre 0.35 a 0.44, particularmente preferiblemente en el intervalo de 0.31 a 0.40.

Se obtienen resultados particularmente ventajosos en términos de la calidad del recubrimiento protector y propiedades de superficie si se selecciona la siguiente relación lineal: x = y - 0.9 [5] y siempre que el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) está en el rango entre 1.8 y 3.0 de porcentaje en peso y el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) está en el rango entre 1.3 y 2.7 de porcentaje en peso (como la ventana Fl en la Figura 7 representa).

Resultados muy especialmente preferidos proporcionan una composición con un contenido de aluminio (en porcentaje en peso) de 2.5 y un contenido de magnesio (en porcentaje en peso) de 1.6. La ilustración en la Figura 1C es una representación esquemática. En la Figura 1C, el punto correspondiente en el triángulo de contenido se refiere como Pl. La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica (quasi-single-phase) deseada que conduce en la dirección del punto eutéctico ternario está en la Figura 1C indicada de manera simplista por una flecha F que apunta a la parte superior izquierda. Cabe señalar aquí que la flecha F es recta porque es una proyección de la representación tridimensional (ver Figura 2A) en el plano del triángulo de contenido. La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica real F* es una curva que corre a lo largo de una superficie curva hasta el punto eutéctico E, como se puede aprender de la Figura 2A. Este punto eutéctico ternario E (ver también la Figura 2A y 2B) se encuentra, de acuerdo con la literatura, en una composición de 93.7 wt% de Zn, 2.4 wt% de Mg y 3.9 wt% de Al a 343 °C.

La Figura 2A muestra una representación tridimensional de las fracciones del sistema ternario Al-Mg-Zn en el rango de dos dimensiones. La temperatura T se representa gráficamente en la dirección hacia arriba en el espacio. A partir de esta representación, el curso del punto de estado de acuerdo con la invención se puede concluir. Es decir, en la Figura 2A el curso de la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F* se puede ver en tres dimensiones. La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F* correo en una trayectoria directa a lo largo de la superficie curva desde el punto Pl* al punto eutéctico E. La Figura 2B muestra una representación de 2 dimensiones de la región rica en zinc de la Figura 2A. La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F* de la Figura 2A fue proyectada en el plano y ahora se denota por F. El punto Pl* de la Figura 2A se conoce como Pl en dos dimensiones.

La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F* corre de acuerdo con la teoría de la invención directamente a lo largo de una superficie curvada desde el punto Pl* al punto eutéctico ternario E, como se ve en la Figura 2A.

Por la especificación de una trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F*, de acuerdo con la invención se evita esas regiones de coexistencia fase en el que el eutéctico binario BE solidifica. EL eutéctico binario BE consta de la fase de MgZn2 y la fase de zinc. La trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F* de la invención procede deliberadamente a tomar un curso tal que cuando se enfría la masa fundida al salir del baño 11 no se alcanza una línea de intersección liquidus (una línea de intersección liquidus también se llama valle eutéctico). El punto de estado de una masa fundida de la presente invención no procede a lo largo de un valle eutéctico hasta el punto eutéctico ternario E, sino que directamente apunta, de acuerdo con la invención, en el punto eutéctico ternario E.

La Figura 3 muestra en forma muy esquemática y no a escala otro triángulo de contenido del sistema de Zn-Al-Mg. El punto eutéctico ternario E al cual se apuntado se denota por un pequeño círculo. El triángulo de contenido equilátero se divide en tres áreas triangulares Al-E-Zn-Al (DI), Al-E-Mg-Al (D2), y Mg-Zn-Mg-E (D3). En términos generales, en el enfriamiento del sistema Zn-Al-Mg todas las aleaciones en el área de la superficie triangular Al-E-Zn-Al (DI) muestran la reacción eutéctica binaria Zn-Al. Todas las aleaciones en la región de la superficie triangular Al-E-Mg-Al (D2) muestran la reacción eutéctica binaria Mg-Al y todas las aleaciones en el área de la superficie triangular Mg-Zn-Mg E (D3) muestran el reacción eutéctica binaria Mg-Zn. De acuerdo con la presente invención, la trayectoria de solidificación F se ajusta para que corra en la proyección hacia dos dimensiones desde un punto Pl, como se mencionó antes, casi a lo largo de la linea de Zn-E, a fin de evitar la reacción eutéctica binaria Mg-Zn y la reacción eutéctica binaria Zn-Al.

Idealmente, la solidificación de acuerdo con el nuevo concepto de la aleación se lleva a cabo exactamente a lo largo de la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F*. En la práctica, sin embargo, discrepancia surge de consideraciones teóricas y uno no siempre tendrá éxito en definir, comprobar en tiempo real, y reajustar, o controlar mediante el aparato 200, respectivamente, la composición de baño (que, por ejemplo, se puede realizar mediante la adición de bloques de aleación) de una manera tal que la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica ideal F* de la teoría puede ser rastreada. En relación con la presente invención, por tanto, no se habla de trayectoria de solidificación de única fase sin restricciones o "ideal", sino de una trayectoria de solidificación cuasi-monofásica F*. De este modo, se permite un pequeño pasillo, que está orientado a lo largo de la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica ideal y conduce directamente al punto eutéctico ternario E.

Todas las fases ternarias Mg-Zn binarias tienen una cierta solubilidad para el aluminio. Esta solubilidad está en el rango de un porcentaje atómico pequeño (at%). Por consiguiente, el corredor mencionado puede permitir una fracción de aluminio pequeña como una segunda fase, el contenido de aluminio es siempre menor que 5% basado en el contenido de sólidos. Se prefieren particularmente de acuerdo con la invención recubrimientos protectores en el que el contenido de aluminio es siempre menor que 2% basado en el contenido de sólidos. Aluminio como una segunda fase durante la solidificación no es critico en la medida que la fase de Al libere calor de solidificación comparable como la fase de zinc. Es decir la fase de Al no "interfiere" con el proceso de solidificación o la fase de Al no tiene ningún impacto adverso sobre el curso de la curva de solidificación F, que, de acuerdo con la invención, seguirá aproximadamente el curso de la curva de solidificación teórica en la Figura 6.

Por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, se proporciona la composición del baño de tal manera que en la solidificación del recubrimiento protector 10 sobre el producto plano de acero 100, la solidificación tiene lugar esencialmente en dos fases, si se considera aquí el primario de zinc como una fase y el eutéctico ternario como segunda fase.

En resumen, esto se puede lograr mediante el establecimiento de los siguientes criterios: - el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) es mayor que el contenido de magnesio (en porcentaje en peso); el contenido de aluminio (en porcentaje en peso) está en el rango entre 1.8 y 3.0 de porcentaje en peso, y preferiblemente en el intervalo entre 2 y 2.9 de porcentaje en peso; el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) está en el intervalo entre 1.3 y 2.7 de porcentaje en peso, y preferiblemente en el intervalo entre 1.5 y 2.4 de porcentaje en peso; - la relación de contenido de magnesio (porcentaje en peso) a la suma de los contenidos de aluminio (porcentaje en peso) y el contenido de magnesio (en porcentaje en peso) está en el rango entre 0.31 hasta 0.44 y preferiblemente en el intervalo desde 0.35 hasta 0.4.

De acuerdo con la presente invención, un recubrimiento protector 10 (ver Figura 9) resulta sobre el producto plano de acero 100, que comprende los siguientes cuatro componentes de fase (a excepción de muy pequeñas impurezas): - las dendritas de zinc primario (Z), el eutéctico ternario (TE) que consiste en zinc, MgZn2 y la fase de zinc rica en aluminio, y pequeñas cantidades de zinc fase rica en aluminio (A) solo, y - niveles muy bajos del eutéctico binario (BE) que consiste en zinc y MgZn2; la proporción de la fase de zinc rica en aluminio (A) y el eutéctico binario (BE) es en todas las modalidades en suma menos de <10%, y preferiblemente en todas las modalidades <5% del volumen total del recubrimiento.

Preferiblemente, la proporción de la fase de zinc rica en aluminio (A) es mayor que la del eutéctico binario (BE).

La Figura 8 muestra una representación muy esquemática de un corte transversal pulido a través de una porción superior de un producto plano de acero 100 y a través de un recubrimiento convencional de protección de ZnAlMg 101, mediante el cual el recubrimiento protector 101 fue formado a partir de un baño de Zn-Al-Mg con 2.0 de porcentaje en peso de aluminio y 2.0 de porcentaje en peso de magnesio. Es una imagen SEM (escaneo por microscopio electrónico) de un corte transversal pulido, la imagen fue modificada para una mejor presentación. SEM significa escaneado/barrido por microscopio electrónico. Cabe señalar que la transición del recubrimiento protector 101 al sustrato del producto plano de acero 100 generalmente no es un limite/frontera agudo. En la Figura 8 y la Figura 9 Por lo tanto, una línea discontinua/punteada indica esta transición. Las áreas con las dendritas de zinc primario están marcadas con una Z y tienen una especie de vejiga o grano. Las áreas de la mezcla eutéctica ternaria se denotan por TE. A representa la fase de zinc rica en aluminio. BE identifica áreas con eutéctico binario (que consiste en zinc y MgZn2).

La Figura 9 muestra una representación muy esquemática de un corte transversal pulido a través de una porción superior de un producto plano de acero 100 con un recubrimiento protector ZnAlMg 10 de la invención, esta capa protectora especial 10 está hecha de un baño de Al-Mg-Zn con 2.5 de porcentaje en peso de aluminio y 1.6 de porcentaje en peso de magnesio. Este corte transversal pulido muestra casi exclusivamente dendritas de zinc primario Z rodeadas de eutéctico ternario TE con muy pocas áreas A y sólo ligeros rastros de BE. Incluso cuando se convierte el nuevo concepto de aleación, es posible que haya residuos de áreas A. Estas áreas A son aceptables dentro de ciertos límites y no necesariamente son una desventaja. Pueden ocurrir muy pequeños rastros de BE, también, la proporción de estos en un recubrimiento protector ZnAlMg 10 de la invención es insignificante, como ya se ha descrito.

La Figura 9 muestra de manera no ambigua que la búsqueda de una trayectoria de solidificación cuasi-monofásica conduce a un recubrimiento protector de ZnAlMg 10, en el que para la mayor parte sólo la primera fase, las dendritas de zinc primario Z, y, en la segunda fase, el eutéctico ternario TE están presentes.

Además, se encuentra en productos de tira de acero galvanizado en inmersión caliente, una capa intermetálica entre el sustrato de acero del producto plano de acero 100 y la capa de recubrimiento 10. Esta inter-capa, sin embargo, es significativamente más delgada que el recubrimiento 10 de acuerdo con la presente invención y por lo tanto no se muestra en las Figuras.

Es una clara ventaja de la invención que los recubrimientos de capa 10 con excelentes propiedades pueden producirse ya a temperaturas de baño de menos de 460 grados centígrados. Por lo tanto, los productos planos de acero 100 se pueden recubrir, donde ocurrirían defectos superficiales típicos a temperaturas más altas de baño.

Un aparato 200 (véase, por ejemplo, Figura 10), el cual es operado de acuerdo con la invención tiene preferiblemente una temperatura de entrada de la tira del producto plano de acero 100 que está entre 400 a 490 grados centígrados. Particularmente preferida es una temperatura de entrada de la tira de 420 a 480 grados centígrados.

El producto plano de acero 100 de acuerdo con la invención se hace pasar preferiblemente a través de un baño de aleación de zinc fundido 11 con la composición de aleación de acuerdo con la invención que tiene una temperatura del baño de 400 a 480 grados centígrados. Particularmente preferida es una temperatura del baño entre 420 y 475 grados centígrados.

Mediante la adición de bloques de aleación, la composición del baño de aleación de zinc fundido 11 se puede ajustar según sea necesario, con el fin de cumplir con los requisitos en términos de composición de la aleación de acuerdo con la presente invención.

Con la invención, los productos planos de acero 100 se pueden producir los cuales tienen un recubrimiento protector 10 que tiene la siguiente composición: contenido de aluminio, en el rango entre 1.8 más/menos 0.2 de porcentaje en peso y 3 más/menos 0.2 de porcentaje en peso; y un contenido de magnesio, en el rango entre 1.3 más/menos 0.2 de porcentaje en peso y 2.7 más/menos 0.2 de porcentaje en peso, en donde el contenido de aluminio en porcentaje en peso es mayor que el contenido de magnesio en porcentaje en peso.

Preferentemente, otro o más elementos de aleación adicionales seleccionados entre el grupo de silicio, litio, titanio, boro, berilio, itrio, zirconio, fósforo, se puede añadir al baño de aleación fundida 11, en donde el contenido de cada uno de los elementos de aleación adicionales es menor que 0.1 de porcentaje en peso. Con estos elementos de aleación adicionales, las propiedades del recubrimiento protector 10 se pueden modificar según sea necesario.

La invención permite una conducción más estable de un aparato 200 como se muestra en la Figura 10. Calidades de superficie mejores se pueden alcanzar de manera reproducible, ya que la composición de la aleación antes de la solidificación admite más grados de libertad (en el sentido de una ventana de producción mayor) en el tiempo en el que la trayectoria de solidificación cuasi-monofásica es seguida.

Es importante que el concepto presente de aleación permite más grados de libertad (en el sentido de una ventana de mayor producción) para optimizar el proceso de separación la salida de la tira de acero 100 del baño fundido 11 y para separación por boquillas 14 (ver Figura 10). La invención permite ajustar y optimizar la abertura de ranura d de las boquillas 14 y/o la distancia z de las boquillas de la tira de acero 100 al salir y separarse en amplios intervalos, con el fin de lograr el resultado global deseado.

De acuerdo con la presente invención, la aparición de patrones de error (como perturbaciones de separación de ZnAlMg y error de topografía de superficie) se redujeron significativamente por separación después de la emersión, como se muestra por la representación tabular en la Figura 11. La Figura 11 muestra una tabla con una porción superior TI y una porción inferior T2. En la porción superior Ti, la tasa de error para recubrimientos 10 en una tira de acero 100 de acuerdo con la invención (para la composición específica Al = 2.6 de porcentaje en peso (wt%) y 1.6 de porcentaje en peso (wt%) de Mg) se muestra, en donde aquí dos tipos diferentes de errores son discriminados, que se conocen como error 1 y como error 2. En la sección inferior T2, por el contrario, se muestra la incidencia de errores en los recubrimientos convencionales de Zn-Mg-Al en una tira de acero 100. Una vez más, se muestran dos tipos diferentes de errores.

En el eje Z una pequeña, mediana y gran distancia z (en milímetros) de la boquilla para separar se graficaron, respectivamente. Una pequeña distancia z de la boquilla para separar está en el rango de 3-5 mm, una distancia promedio z de la boquilla para separar está en el rango de 6-8 mm y una gran distancia z de la boquilla para separar está en el rango de 9-14 mm.

En el eje d de la abertura de ranura d se representa en milímetros (más/menos 0.05 mm), en cuyo caso tres valores discretos se dan como sigue: d = 0.8 mm, d = 1.0 mm y d = 1.2 mm.

En los campos individuales de la tabla, las intensidades de error 1 y 2, en función de los parámetros de separación z y d se muestra en forma de símbolos. La siguiente lcyenda explica el significado de los diferentes símbolos: no hay errores ... 0 suave ... x ó? medio fuerte ...

Con el fin de mejorar la legibilidad de la tabla, los campos, los cuales muestran ningún error o error en el que la intensidad es sólo suave, tienen fondo gris obscuro o gris claro. Los campos en la tabla que tiene fondo blanco representan una intensidad de fallo, que van de suave a medio, medio, medio a fuerte o fuerte.

Se puede observar que para los recubrimientos de capa de Zn-Mg-Al convencionales (en la sección inferior T2) sólo dos campos tienen ningún error 1 o ningún a suave errores 1 (los dos campos en la parte inferior izquierda de la tabla, teniendo fondo gris obscuro y gris claro). Todos los demás campos muestran significativamente más errores 1 y errores 2. En contraste, la incidencia de errores en los recubrimientos 10 de la invención en relación con el error 1 es claramente mejor. Todos los campos en la parte superior izquierda de la tabla TI tienen por lo tanto fondo gris obscuro y gris claro.

En cuanto al error 2, sólo tres campos en TI se resaltan en blanco. Estos son los siguientes campos: d = 1.0 mm y z = pequeño; d = 1.2 mm y z = pequeño; d = 1.1 mm y z = medio.

Considerando ahora la llamada intersección de errores 1 y 2, es evidente que se producen muy pocos errores durante los siguientes parámetros en los recubrimientos 10 según la presente invención (sección TI):d = 0.8 m y z = pequeño; d = 0.8 mm y z = medio; d = 0.8 mm y z = grande; d = 1.0 mm y z = medio; d = 1.0 mm y z = grande. En recubrimientos de capa convencionales (sección T2), sin embargo, casi no hay error sólo con los siguientes parámetros: d = 0.8 mm y z = pequeña. Todos los demás campos de la sección T2 son, por tanto, prácticamente tabú para la producción.

Asi, se ha demostrado que el ajuste de los parámetros físicos (la abertura de ranura d de las boquillas y/o de la distancia z de las boquillas de la tira de acero) para salida y separación es posible en ventanas de parámetros más grandes que antes sin tal ajustes que causan un aumento en los patrones de error en la cinta de acero.

Por otra parte - dependiendo de la implementación del concepto de aleación de la invención - los costos de producción y la energía requerida para el recubrimiento protector 10 son más bajos que para los métodos comparables.

De acuerdo con la invención, los componentes de la aleación (especialmente el contenido de aluminio y magnesio) se han elegido de modo que se consiga el consumo de energía más bajo posible (o balance energético óptimo). Por un lado, el consumo directo de energía durante la fusión, recubrimiento y separación juega un papel. Por otro lado, el consumo de energía de los materiales de partida tiene un impacto significativo. Se dan los siguientes detalles explicativos adicionales.

Cuando se optimiza el consumo de energía, entre otras cosas, la densidad del recubrimiento protector 10 juega un rol. Debido a alrededor de 5.924 de at% de aluminio y alrededor de 4.047 de at% de magnesio, la aleación de la invención tiene una densidad menor en alrededor de 7% en comparación con zinc puro o de zinc-hierro. Esto significa que en la aleación de la invención - independientemente de, entre otras cosas, la mejor protección contra la corrosión debido a razones químicas - una reducción del peso de recubrimiento de película (peso del recubrimiento protector 10) por 7% todavía resulta en el mismo espesor de capa como capas de zinc o zinc-hierro. En una vista puramente mecánica, la misma protección para la tira de acero 100 está todavía determinada, debido al mismo espesor de capa a pesar de la reducción en el peso de recubrimiento de película en un 7%.

Por lo general, este aspecto, que es de naturaleza física o mecánica, es ignorado debido a los ahorros potenciales en recubrimiento que son la corrosión téenicamente justificable. Teóricamente, un aumento significativo en la proporción de elementos de aleación ligera por lo tanto sería muy positivo en términos de la reducción del peso específico del recubrimiento, pero las consideraciones económicas y ambientales hablan en contra de ella, como se muestra a continuación.

En este caso, se dan los potenciales de electrodo estándar de los elementos de aleación: Zn: - 0.7926 V; Al: - 1.676 V; Mg: - 2.372 V.

Los potenciales estándar ya indican que se requieren costos de energía de diferente altura para la producción de los respectivos metales puros.

Las siguientes energías para la producción de 1 kg de metal puro se necesitan (los valores dados aquí se citan de "Leichtbau: Prinzip, Werkstoffauswah und Fertigungsvarianten", editado por Hans Peter Degischer / TU Wien / Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie / y Sigrid Lüftl / TU Wien / Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie / Nichtmetallische Werkstoffe /, Wilcy-VCH Verlag): Zinc puro primario: aprox. 90 MJ Zinc puro secundario: aprox. 17 MJ Aluminio puro primario: aprox.210 MJ Aluminio puro recielado:aprox.18 MJ Magnesio puro primario: aprox.130 MJ Reciclaje de magnesio puro: aprox.18 MJ Excluyendo el calor de fusión (Zn: aproximadamente 112 kJ/kg; Mg: aproximadamente 358 kJ/kg; Al: aproximadamente 397 kJ/kg), que con el aumento de cantidades de Al y Mg en la aleación lleva a pérdidas de energía adicionales, causadas principalmente por enfriamiento, por lo que se puede deducir que la energía necesaria para la producción de aleaciones ZnMgAl aumenta significativamente con el aumento del contenido de aleación. Esta declaración está relacionada con la masa. En el caso de una aleación de la invención con 2.5% de aluminio y 1.6% de magnesio, la energía de consumo resulta, que se aumenta en aproximadamente un 7% en comparación con zinc puro para producir los respectivos metales puros.

Sin embargo, para un espesor constante del recubrimiento 10, el peso o la masa del recubrimiento disminuye 10 - como ya se mencionó - con el aumento de contenido de aleación debido a los elementos de aleación ligera específicos, que iguala ostensiblemente el balance de energía en gran medida.

Las tasas de recielaje de zinc, aluminio y magnesio y las pérdidas en el proceso no se tomaron en cuenta para el cálculo del consumo medio de energía aquí.

Claims (11)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para aplicar un recubrimiento protector (10) sobre un producto plano de acero (100), caracterizado porque el recubrimiento protector (10) se produce al guiar el producto plano de acero (100) que tiene una temperatura de entrada de la tira en el rango entre 400 y 490 grados centígrados a través de un baño de aleación de zinc fundido (11), en donde el baño de aleación de zinc fundido (11) tiene una temperatura del baño en el rango de 400 a 480 grados centígrados y tiene un contenido de aluminio y un contenido de magnesio, en donde la aleación de zinc fundido baño (11) tiene la siguiente composición: - el contenido de aluminio está en el rango entre 1.8 y 3.0 por ciento de peso; - el contenido de magnesio está en el rango entre 1.3 y 2.7 por ciento de peso; - el contenido de aluminio en porcentaje en peso es mayor que el contenido de magnesio en porcentaje en peso; - la relación del contenido de magnesio en porcentaje en peso a la suma del contenido de aluminio en porcentaje en peso y el contenido de magnesio en porcentaje en peso está en el rango entre 0.31 a 0.44; y - el resto del baño de aleación de zinc fundido (11) son zinc e impurezas inevitables.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque: - el contenido de aluminio está en el rango entre 2.0 y 2.9 por ciento de peso; y - el contenido de magnesio está en el rango entre 1.5 y 2.4 por ciento de peso.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la relación del componente de magnesio en porcentaje en peso a la suma del contenido de aluminio en porcentaje en peso y el contenido de magnesio en porcentaje en peso está en el rango entre 0.34 y 0.40.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque en un paso de proceso la composición del baño de aleación de zinc fundido (11) es controlada, por lo que debido al mantenimiento de la composición de las dendritas de zinc primarias de baño de aleación de zinc fundido (Z) y eutéctico ternario (TE) se forman sobre el producto plano de acero (100) durante la solidificación.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque durante la solidificación en el producto plano de acero (100) un pequeño residuo de fases de zinc ricas en aluminio (A) y del eutéctico binario (BE) se forma, que en suma comprender menos de <10% y preferiblemente menos de <5% del volumen total del recubrimiento.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque el proceso de solidificación en el producto plano de acero (100) está controlado en un aparato (200) que aplica teenología de control utilizando boquillas (14), en donde en el baño de aleación de zinc fundido (11) antes de la solidificación de la eutéctica ternaria (E) un contenido de sólido resulta, que se encuentra en el rango entre 0.4 y 0.6 de fracción molar del contenido de solido del baño de aleación de zinc fundido (11)·

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque el proceso de solidificación en el producto plano de acero (100) es controlado en un aparato (200) que aplica tecnología de control, en donde el baño de aleación de zinc fundido (11), antes de una solidificación eutéctica final, un contenido de sólido resulta, que se encuentra por debajo de 55%.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque en una paso de proceso la composición del baño de aleación de zinc fundido (11) se controla de tal manera que el contenido de magnesio en el baño de aleación de zinc fundido (11) y por lo tanto también en el recubrimiento protector (10) siempre es 21% a 45% menor que el contenido de aluminio.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque en un paso de proceso la composición del baño de aleación de zinc fundido (11) se reajusta mediante la adición de bloques de aleación de si es necesario.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque uno o más elementos de aleación adicionales de los grupo de silicio, litio, titanio, boro, berilio, itrio, zirconio, fósforo se añaden a la baño de aleación de zinc fundido (11), en donde el contenido de cada elemento es menor que 0.1 por ciento por peso.

11. Un producto plano de acero (100) con una recubrimiento protector (10), que se produce de acuerdo con el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la capa protectora (10) tiene la siguiente composición: - un contenido de aluminio, que se encuentra en el rango entre 1.8 más/menos 0.2 por ciento de peso y 3 más/menos 0.2 por ciento de peso; y - un contenido de magnesio, que se encuentra en el rango entre 1.3 más/menos 0.2 por ciento de peso y 2.7 más/menos 0.2 por ciento de peso, - en donde el contenido de aluminio en porcentaje en peso es mayor que el contenido de magnesio en porcentaje en peso, y en donde la relación del contenido de magnesio en porcentaje en peso a la suma del contenido de aluminio en porcentaje en peso y el contenido de magnesio en porcentaje en peso está en el rango entre 0.31 y 0.44.