ES2208410T3 - Fleje o capa de acero de resistencia superior y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Fleje o chapa de acero de resistencia superior con una estructura principalmente ferrítica-martensítica, en el quela proporción de martensita es del 4% a 20%, que además de Fe e impurezas debidas a la fundición (en porcentaje en masa) contiene C: 0, 05 - 0, 2 %, Si: <= 1, 0 %, Mn: 0, 8 - 2, 0 %, P: <= 0, 1 %, S: <= 0, 015 %, N: <= 0, 005 %, Cr: 0, 25 - 1, 0 %, B: 0, 002 - 0, 01 % y Al: 0, 02 - 0, 4 % así como opcionalmente Ti, en el que para contenidos de Al de 0, 02 % - 0, 06 %, el contenido de Ti es de al menos 2, 8 x AN, con AN = contenido de N, y en el que el contenido de Al es de 0, 1 % - 0, 4 %, cuando no hay Ti.

Description

Fleje o chapa de acero de resistencia superior y procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a un fleje o chapa de acero de resistencia superior con una estructura principalmente ferrítica-martensítica y un procedimiento para su fabricación.

En el marco del uso de flejes de acero y chapas de acero del tipo indicado al principio, constantemente se plantean mayores exigencias para la versatilidad de la aplicabilidad y para las propiedades de uso. Así, se exige que este tipo de flejes y chapas de acero posean propiedades mecánicas cada vez mejores. Esto se refiere especialmente a la conformabilidad de este tipo de materiales.

Un fleje o chapa de acero de buena conformabilidad se distingue por unos elevados valores r que aseguran una buena embutibilidad, unos elevados valores n que aseguran una buena capacidad de estirado y unos elevados valores de dilatación que indican unas propiedades positivas de deformación plana. Asimismo, una buena capacidad de estirado viene determinada por una relación límite de fluencia reducida, que está formada por el cociente del límite elástico y la resistencia a la tracción.

A la exigencia general de resistencias crecientes, también hay que sumar los esfuerzos crecientes en el ámbito de la construcción ligera. En este ámbito se emplean chapas con espesores de chapa reducidos a fin de ahorrar peso. La pérdida de resistencia que va asociada a la reducción del espesor de chapa debido a la construcción puede compensarse mediante el incremento de la resistencia de las propias chapas. Sin embargo, un incremento de la resistencia suele implicar una disminución de la conformabilidad. Un objetivo prioritario del perfeccionamiento de materiales del tipo que aquí se trata es, por consiguiente, el incremento de las resistencias al tiempo que una reducción mínima de la conformabilidad.

En las fichas técnicas de material de acero y hierro 093 y 094 se indican numerosos aceros microaleados o aleados de P de resistencia superior con una buena conformabilidad en frío. En parte, estos aceros presentan propiedades de endurecimiento por horneado. Estas últimas se obtienen en particular mediante la aplicación de un procedimiento de recocido por paso continuo que, en caso necesario, se combina con un procedimiento de afino por inmersión en baño fundido.

Además, en la práctica se ha intentado con éxito incrementar la resistencia de aceros al tiempo que obtener una conformabilidad considerablemente superior por medio de un aumento de los contenidos de aleación. De forma complementaria o alternativa, estas propiedades se pudieron mejorar con unas tasas de enfriamiento aceleradas durante el proceso de laminado en caliente o el proceso de recocido por paso continuo. No obstante, la desventaja de esta forma de proceder radica en que, debido a los mayores contenidos de elementos de aleación y la instalación y el uso de los dispositivos de refrigeración necesarios, se origina un elevado coste.

Las instalaciones de recocido por paso continuo para chapa fina convencionales están equipadas con un horno de sobreenvejecimiento detrás de la parte de recocido y enfriamiento. En esta zona de sobreenvejecimiento tiene lugar un "sobreenvejecimiento" del fleje o chapa de acero, en el que el fleje o chapa de acero transformada se mantiene en un intervalo de temperatura de \leq 500ºC. En los aceros blandos, de baja aleación, este mantenimiento a una temperatura de hasta 500ºC da lugar a una separación amplia de carbono liberado en forma de carburo. Esta separación de carbono liberado influye positivamente en las propiedades mecánico-tecnológicas del fleje o chapa de acero. En la fabricación de aceros de doble fase en instalaciones de recocido por paso continuo, sin embargo, se pueden producir unos efectos de revenido indeseados en la martensita al pasar por la zona de sobreenvejecimiento.

Además del estado de la técnica explicado anteriormente, por el documento WO-9841664-A se conoce un acero de doble fase con de 3% a 50% en volumen de martensita, que se distingue sobre todo por unas buenas propiedades de deformación dinámicas. Aquí se persigue una elevada resistencia a la deformación dinámica y un elevado coeficiente de endurecimiento por deformación.

Además, por el documento DE-3007560-A se conoce un procedimiento para la fabricación de una chapa laminada en caliente, compuesta esencialmente de ferrita y martensita. Aquí se persigue una chapa de acero con una baja tensión de fluencia, una elevada resistencia a la tracción y una excelente conformabilidad.

El objetivo de la invención consiste en crear un fleje o chapa de acero de resistencia superior fabricado a partir de un acero de doble fase que, después del paso por un proceso de recocido incluyendo un tratamiento de sobreenvejecimiento, posea unas buenas propiedades mecánico-tecnológicas. Además, se indicará un procedimiento para la fabricación de tal fleje o chapa.

Este objetivo se logra, por un lado, por medio de un fleje o chapa de acero de resistencia superior con una estructura principalmente ferrítica-martensítica, en el que la proporción de martensita es de 4% a 20%, que además de Fe e impurezas debidas a la fundición (en porcentaje en masa) contiene

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C:	0,05	-	0,2	%,
Si:		\leq	1,0	%,
Mn:	0,8	-	2,0	%,
P:		\leq	0,1	%,
S:		\leq	0,015	%,
N:		\leq	0,005	%,
Cr:	0,25	-	1,0	%,
B:	0,002	-	0,01	% y
Al:	0,02	-	0,4	% así como

opcionalmente Ti,

en el que para unos contenidos de Al de 0,02%-0,06%, el contenido de Ti es de al menos 2,8 x A_{N}, con A_{N} = contenido de N, y en el que el contenido de Al es de 0,1%-0,4%, cuando no hay Ti.

Un fleje de acero o chapa de acero según la invención presenta resistencias elevadas de al menos 500 N/mm^{2} al tiempo que una buena conformabilidad, sin que para ello se requieran unos contenidos especialmente elevados de determinados elementos de aleación. Para incrementar la resistencia, la invención recurre al efecto influyente en la transformación del elemento boro, ya conocido en los aceros para flejes laminados en caliente y piezas de fundición. Según la invención, el efecto de incremento de resistencia del boro se asegura por medio de la adición al material de acero de al menos un formador de nitruros, preferentemente Al y, de forma complementaria, Ti. El efecto de la adición de titanio y aluminio consiste en que enlazan el nitrógeno contenido en el acero, de modo que se proporciona boro para la formación de carburos que incrementan la dureza. Con la ayuda del contenido necesariamente existente de Cr, se obtiene de esta forma un mayor grado de resistencia que en los aceros comparativos, que se componen de forma convencional.

Tal como se ha mencionado, en el estado de la técnica ya se ha debatido el efecto de incremento de la resistencia del boro en los aceros en relación con la fabricación de fleje de laminado en caliente o piezas de fundición. Así, por ejemplo, la publicación para información de solicitud de patente alemana DE-19719546A1 describe un fleje de laminado en caliente de la más alta resistencia, al que se adiciona opcionalmente Ti en una cantidad que sea suficiente para el fraguado estequiométrico del nitrógeno existente en el acero. De esta forma, también se previene que la parte de boro adicionada enlace con el nitrógeno. Así, el boro puede contribuir sin impedimento al incremento de la resistencia y al templado completo del acero. Además, en la publicación para información de solicitud de patente alemana DE-3007560-A1 se describe la fabricación de un acero de doble fase laminado en caliente, de resistencia superior, al que se adiciona boro en una proporción de 0,0005% a 0,01% en peso. La finalidad de la adición del boro radica en este caso en el retraso de la transformación ferrita-perlita.

Sorprendentemente se ha constatado que en un fleje de acero o chapa de acero de resistencia superior según la invención, la proporción de la martensita también permanece cuando el material en cuestión, después del laminado en frío, es expuesto a un tratamiento de recocido con el subsiguiente enfriamiento y sobreenvejecimiento o a un afino por inmersión en baño fundido. Los límites elásticos de un fleje o chapa según la invención se sitúan entre 250 N/mm^{2} y 350 N/mm^{2}. Las resistencias a la tracción son de 500 N/mm^{2} hasta más de 600 N/mm^{2}, en particular, hasta 650 N/mm^{2}. En estado sin laminación de acabado, el material prácticamente no presenta dilatación de los límites elásticos (A_{RE} \leq 1,0). Un fleje o chapa de acero según la invención presenta así unas propiedades y características que hasta ahora no se habían podido lograr en aceros de baja aleación.

Otra ventaja de los aceros según la invención radica en su solidez frente a efectos de revenido. El problema que aparece particularmente en los aceros de doble fase compuestos de forma convencional, consistente en que la proporción de martensita durante un tratamiento de sobreenvejecimiento experimenta un revenido, produciéndose así una disminución de la resistencia, se evita en los aceros compuestos según la invención gracias a la presencia de cromo.

Preferentemente, el fleje o chapa de acero según la invención presenta adicionalmente un contenido de Ti de al menos 2,8 x A_{N}, con A_{N} = proporción de N en porcentaje en masa. El contenido de Al puede limitarse a un intervalo de 0,02% a 0,05% en masa. En esta configuración de la invención no sólo se ofrece al nitrógeno Al como formador de nitruro, sino que existe una cantidad de Ti suficiente para el fraguado estequiométrico del nitrógeno. Si, por el contrario, no existe Ti, el contenido de Al del fleje o chapa de acero debería ser de 0,1% a 0,4% en masa. Debido a la presencia de aluminio y/o titanio, en el enfriamiento se forma primero TiN y/o AlN de granulado relativamente grueso. Puesto que el titanio y el aluminio son más afines al nitrógeno que el boro, el contenido de boro existente está disponible para la formación de carburo. Ello influye de forma más favorable en las propiedades mecánicas de los aceros según la invención de lo que ocurre cuando, al no existir contenidos suficientes de titanio o aluminio, por ejemplo, primero se separa BN de granulado fino.

Una posibilidad para la fabricación de un fleje o chapa de acero según la invención consiste en producir el fleje o chapa de acero por medio de laminado en frío de un fleje laminado en caliente. Sin embargo, como alternativa también se puede transformar en un fleje de acero según la invención un fleje de laminado en caliente fino sin laminado en frío posterior, siempre que su espesor se reduzca lo suficiente para la transformación posterior. Un fleje de laminado en caliente como éste, por ejemplo, se puede fabricar en una instalación de laminado de colada continua, en la que una banda de acero colada continua se lamina convirtiéndola directamente en un fleje de laminado en caliente de espesor reducido. Independientemente del procedimiento de fabricación del fleje o chapa de acero que se siga, el objetivo indicado anteriormente se logra en lo relativo al procedimiento de fabricación porque el fleje o chapa de acero es sometida en el horno de paso continuo a un tratamiento de recocido, en el que la temperatura de recocido se sitúa entre 750ºC y 870ºC, preferentemente entre 750ºC y 850ºC, y que el fleje o chapa de acero recocida es enfriada posteriormente desde la temperatura de recocido con una velocidad de enfriamiento de al menos 20ºC/s y máximo 100ºC/s.

Con el procedimiento según la invención, sobre la base de un acero C-Mn, al que se adiciona boro y al menos Al y, en su caso de forma complementaria, Ti como formador de nitruro, se puede fabricar un fleje de acero que, también bajo las condiciones de recocido y enfriamiento indicadas, posea la elevada proporción de martensita deseada de 5% hasta 10% aproximadamente. A diferencia del procedimiento convencional, para ello no es necesario enfriar el fleje de acero o la chapa de acero después del recocido de paso continuo con una elevada velocidad de enfriamiento para la formación de martensita en la estructura. En lugar de ello, el boro libremente liberado en la retícula garantiza que la formación de martensita también se produzca con velocidades de enfriamiento bajas de tal forma que se genere una estructura principalmente compuesta de ferrita-martensita con las combinaciones de propiedades típicas de doble fase. Se ha constatado que este efecto ya actúa con una proporción de 0,002% hasta 0,005% de boro. Así, la invención permite la fabricación de un fleje de acero o chapa de acero de resistencia superior sin que para ello haya que emplear costosos dispositivos para el enfriamiento o grandes cantidades de elementos de aleación.

Además se ha constatado que los aceros producidos según la invención no experimentan menoscabos en las propiedades debido a efectos de revenido en la martensita al atravesar el sobreenvejecimiento. En los casos en que no se realiza un afino por inmersión en baño fundido del fleje o chapa de acero, el sobreenvejecimiento puede durar hasta 300 segundos y la temperatura de tratamiento puede ser de 300ºC a 400ºC. Si, por el contrario, se realiza un afino por inmersión en baño fundido, por ejemplo, un galvanizado, la duración del mantenimiento durante un posible sobreenvejecimiento en el galvanizado debería ser de 80 segundos y la temperatura de tratamiento debería situarse entre 420ºC y 480ºC. Además, las propiedades de un fleje o chapa de acero galvanizada, fabricada según la invención, puede mejorarse adicionalmente realizando después del galvanizado un tratamiento de recocido después de la galvanización ("galvannealing") conocido de por sí. En un tratamiento de este tipo, la chapa o el fleje galvanizado es recocido después de la inmersión en baño fundido. En función del caso de aplicación también puede ser conveniente someter el fleje o chapa de acero a una laminación de acabado.

A continuación, la invención se explica con más detalle con la ayuda de ejemplos de realización.

En la tabla 1 se indican los contenidos de aleación y los valores característicos A_{RE} mecánico-tecnológicos (dilatación de límite elástico), R_{eL} (límite elástico inferior), R_{m} (resistencia a la tracción), R_{eL}/R_{m} (relación límite de fluencia) y A_{80} (alargamiento de rotura) para unos flejes A1-A4 de acero según la invención. Frente a éstos figuran en la misma tabla los datos correspondientes a unos flejes B1-B5, C1-C5, D1-D4 y E1 de acero comparativos.

El contenido de C en todos los flejes de acero según la invención y comparativos A1-E1 indicados en la tabla 1 se sitúa entre 0,07% y 0,08% en masa. En los flejes B1-B5 de acero comparativos indicados, se ha recurrido al contenido de Mn de 1,5%-2,4% en masa para influir en el comportamiento de transformación. En el caso de los flejes C1-C5 de acero comparativos se ha utilizado para el mismo fin una combinación de elementos de Si (en torno a 0,4% en masa) y Mn (1,5%-2,4% en masa) y en el caso de los flejes D1-D4 de acero comparativos, una combinación de los contenidos de Si (hasta 0,7% en masa), Mn (1,2%-1,6% en masa) y Cr (0,5% en masa). En el fleje E1 de acero comparativo se prevé adicionalmente Mo.

En los flejes A1-A4 de acero según la invención, además del también utilizado Si (hasta 1,0% en masa) y Mn (0,8%-1,5% en masa), se ha usado también la propiedad retardadora de la transformación del boro. Para impedir la formación de nitruros de boro, se fraguó el nitrógeno con Ti a modo de formador de nitruros. El contenido de Ti existente para este fin se situó con contenidos de N de 0,004% hasta 0,005% en masa en 0,03% en masa, mientras que el contenido de B fue de aproximadamente 0,003% en masa.

Después de la fundición de los aceros A1-A4 y la colada de un desbaste correspondiente se realizó un calentamiento del desbaste correspondiente a 1170ºC. A continuación, a partir del desbaste calentado se laminó un fleje de laminado en caliente con un espesor de 4,2 mm. La temperatura de laminado final se situó en 845ºC-860ºC. A continuación, el fleje de laminado en caliente se bobinó a una temperatura de 620ºC, siendo el enfriamiento medio de la bobina de 0,5ºC/min. Después, el fleje de laminado en caliente se decapó y se laminó en frío para obtener un espesor de 1,25 mm.

El fleje de acero laminado en frío correspondiente se sometió a un recocido de paso continuo basado en un modo de desplazamiento estándar con sobreenvejecimiento para aceros blandos, de baja aleación. Las características esenciales de este tratamiento de recocido y sobreenvejecimiento consistieron en una temperatura de recocido durante el recocido de paso de 800ºC y un enfriamiento partido en dos con posterior paso por la zona de sobreenvejecimiento. El enfriamiento se realizó primero a 550ºC-600ºC con una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 20ºC/s. A continuación se enfrió a 400ºC con una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 50ºC/s. El tratamiento de sobreenvejecimiento final consistió en un mantenimiento en un intervalo de temperatura de 400ºC-300ºC durante un tiempo de 150 segundos.

Los valores característicos mecánico-tecnológicos indicados en la tabla 1 para los flejes A1 hasta A4 de acero fabricados según la invención después de un recocido de paso continuo convencional en estado sin acabar demuestran las propiedades ventajosas de los flejes o chapas de acero fabricadas según la invención en comparación con los conceptos de aleación de resistencia superior indicados adicionalmente de los flejes de acero comparativos. La falta de una dilatación del límite elástico en estado sin laminación de acabado en los flejes de acero según la invención remite claramente a la configuración oportuna de la estructura de ferrita-martensita. Los límites elásticos se sitúan por debajo de 300 N/mm^{2} y los valores de resistencia están entre 530 N/mm^{2} y 630 N/mm^{2}. Gracias a ello, el fleje A1-A4 de acero correspondiente muestra, en caso de deformación plástica, un buen comportamiento de endurecimiento, lo que también se traduce en una relación límite de fluencia (R_{e}/R_{m} < 0,5) muy baja. Los valores de alargamiento de rotura para resistencias de 540-580 N/mm^{2} se sitúan entre 27% y 30%; para aproximadamente 630 N/mm^{2}, incluso en 25%. Las propiedades mecánicas en conjunto son isotrópicas.

Todos los flejes de acero comparativos con resistencias que se sitúan al nivel de los flejes de acero según la invención, muestran en la mayoría de los casos peores valores de dilatación, sobre todo con unos valores de dilatación del límite elástico considerablemente incrementados. Ello va asociado a un comportamiento de endurecimiento desfavorable.

En los flejes de acero comparativos sólo puede lograr una ausencia de dilatación del límite elástico por medio de unos contenidos de Mn muy elevados de más de 2,1% en masa (flejes B4, B5, C5 de acero comparativos). También se constatan unos valores de resistencia mucho más elevados. Al mismo tiempo, sin embargo, se consiguen unas condiciones de dilatación del límite elástico desfavorables y dilataciones más reducidas.

En la tabla 2 se indican los contenidos de aleación y los valores característicos tecnológico-mecánicos A_{RE} (dilatación del límite elástico), R_{eL} (límite elástico inferior), R_{m} (resistencia a la tracción), R_{eL}/R_{m} (relación de límite elástico) y A_{80} (alargamiento de rotura) para un fleje F1 de acero según la invención. Para la fabricación del fleje F1 de acero se fundió en primer lugar un acero de C-Mn aleado de Ti-B y, a continuación, se laminó en caliente y en frío de forma convencional. A continuación, el fleje F1 de acero laminado en frío de recoció y se guió a través de una instalación de galvanizado.

El recocido se realizó a 870ºC. A ello siguió una fase de mantenimiento a 480ºC durante 60 segundos. La temperatura del baño de cinc fue de 460ºC. Las condiciones de servicio se indican detalladamente en la tabla 3. Las propiedades del fleje F1 de acero tratado finalmente de este modo mediante un afino por inmersión en baño fundido se sitúan en el ámbito de las propiedades de los valores según la invención, indicados en la tabla 1.

En la tabla 4 también se indican los contenidos de aleación y los valores característicos tecnológico-mecánicos A_{RE} (dilatación del límite elástico), R_{eL} (límite elástico inferior), R_{m} (resistencia a la tracción), R_{eL}/R_{m} (relación de límite elástico) y A_{80} (alargamiento de rotura) para flejes G1^{1}-G1^{4} de acero según la invención. Los flejes G1^{1}-G1^{4} de acero se produjeron sobre la base de una composición idéntica al acero y se sometieron a un proceso de laminado en caliente y en frío convencional.

Los flejes G1^{1} y G1^{2} pasaron por un tratamiento de recocido de paso continuo, mientras que los flejes G1^{3} y G1^{4} de acero se sometieron a un tratamiento de galvanizado. Las condiciones de servicio correspondientes se indican en la tabla 5. Con temperaturas de recocido de 780ºC-800ºC, las resistencias a la tracción de los flejes G1^{1}-G1^{4} de acero se sitúan en aproximadamente 500 N/mm^{2}. El inicio de la fluencia apenas presenta dilatación del límite elástico
(A_{RE} \leq 1,0%).

(Tabla pasa a página siguiente)

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1

2

Claims (11)

1. Fleje o chapa de acero de resistencia superior con una estructura principalmente ferrítica-martensítica, en el que la proporción de martensita es del 4% a 20%, que además de Fe e impurezas debidas a la fundición (en porcentaje en masa) contiene

C: 0,05 - 0,2 %, Si: \leq 1,0 %, Mn: 0,8 - 2,0 %, P: \leq 0,1 %, S: \leq 0,015 %, N: \leq 0,005 %, Cr: 0,25 - 1,0 %, B: 0,002 - 0,01 % y Al: 0,02 - 0,4 % así como

opcionalmente Ti,

en el que para contenidos de Al de 0,02%-0,06%, el contenido de Ti es de al menos 2,8 x A_{N}, con A_{N} = contenido de N, y en el que el contenido de Al es de 0,1%-0,4%, cuando no hay Ti.

2. Fleje o chapa de acero según la reivindicación 1, caracterizado porque su contenido de Al es de 0,02%-0,05% en masa.

3. Fleje o chapa de acero según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque su contenido de B es de 0,002% hasta 0,005% en masa.

4. Procedimiento para la fabricación de un fleje o chapa de acero según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el fleje o chapa de acero se produce mediante laminado en frío de un fleje de laminado en caliente, caracterizado porque el fleje o chapa de acero laminado en frío es sometido en el horno de paso continuo a un tratamiento de recocido, en el que la temperatura de recocido se sitúa entre 750ºC y 870ºC, preferentemente entre 750ºC y 850ºC, y porque el fleje o chapa de acero recocido es enfriado a continuación desde la temperatura de recocido con una velocidad de enfriamiento de al menos 20ºC/s y como máximo 100ºC/s.

5. Procedimiento para la fabricación de un fleje o chapa de acero según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el fleje o chapa de acero se produce mediante el recocido de un fleje de laminado en caliente delgado, caracterizado porque el fleje o chapa de acero en forma de fleje de laminado en caliente delgado es sometido en el horno de paso continuo a un tratamiento de recocido, en el que la temperatura de recocido se sitúa entre 750ºC y 870ºC, preferentemente entre 750ºC y 850ºC, y porque el fleje o chapa de acero recocido es enfriado a continuación desde la temperatura de recocido con una velocidad de enfriamiento de al menos 20ºC/s y como máximo 100ºC/s.

6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el fleje o chapa de acero recocido en paso continuo y enfriado atraviesa una zona de sobreenvejecimiento.

7. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque la duración de la permanencia en la zona de sobreenvejecimiento es de hasta 300 segundos y la temperatura de tratamiento es de 300ºC a 400ºC.

8. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el fleje o chapa de acero se somete a un afino por inmersión en baño fundido.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la duración de tratamiento necesaria para el galvanizado y el paso por la zona de sobreenvejecimiento es de hasta 80 segundos y la temperatura de tratamiento se sitúa entre 420ºC y 480ºC.

10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque después del galvanizado se realiza un tratamiento de recocido después de la galvanización ("galvannealing").

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11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque el fleje o chapa de acero finalmente se somete a una laminación de acabado final.