ES2225997T3 - Chapa de acero revestida con baño caliente de zn-al-mg, muy resistente a la corrosion y aspecto excelente, y procedimiento de produccion de la misma. - Google Patents
Chapa de acero revestida con baño caliente de zn-al-mg, muy resistente a la corrosion y aspecto excelente, y procedimiento de produccion de la misma.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UNA LAMINA DE ACERO GALVANOPLASTIADA CON ZN-AL-MG, BAÑADA EN CALIENTE, EXCELENTE EN CUANTO A RESISTENCIA A LA CORROSION Y APARIENCIA SUPERFICIAL. DICHA LAMINA ES UNA LAMINA DE ACERO GALVANOPLASTIADA A BASE DE ZINC, BAÑADA EN CALIENTE, LA CUAL SE OBTIENE FORMANDO SOBRE LA SUPERFICIE DE UNA LAMINA DE ACERO, UNA CAPA GALVANOPLASTIADA DE ZN-AL-MG, POR BAÑO EN CALIENTE, COMPUESTA POR: AL: 4,0-10 % P/P; MG: 1,0-4,0 % P/P SIENDO EL RESTO ZN E IMPUREZAS INEVITABLES. DICHA CAPA GALVANOPLASTIADA PRESENTA UNA ESTRUCTURA METALICA QUE INCLUYE UNA [FASE DE AL CRISTALINO PRIMARIA] O UNA [FASE DE AL CRISTALINO PRIMARIA] Y UNA [FASE UNICA DE ZN] EN UNA MATRIZ DE [ESTRUCTURA EUTECTICA TERNARIA AL/ZN/ZN 2 MG]. PARA OBTENER UNA CAPA GALVANOPLASTIADA QUE POSEA DICHA ESTRUCTURA METALICA, LA VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO DE LA CAPA GALVANOPLASTIADA ADHERIDA A UNA BANDA DE ACERO EXTRAIDA DE UN BAÑO DE GALVANOPLASTIA Y LA TEMPERATURA DEL BAÑO DE GALVANOPLASTIA, SE CONTROLAN APROPIADAMENTE EN UNA MAQUINA DE GALVANOPLASTIA POR BAÑO CALIENTE CONTINUO Y/O SE AÑADEN CANTIDADES APROPIADAS DE TI Y B AL BAÑO. LA APARICION DE UN PATRON DE RAYADO PECULIAR EN DICHA LAMINA DE ACERO GALVANOPLASTIADA SE CONTROLA MEDIANTE UN CONTROL MORFOLOGICO DE UNA PELICULA DE OXIDO QUE CONTENGA MG, ANTES DE LA SOLIDIFICACION DE LA CAPA DE GALVANOPLASTIA, O MEDIANTE LA ADICION DE UNA CANTIDAD APROPIADA DE BE AL BAÑO DE GALVANOPLASTIA.
Description
Chapa de acero revestida con baño caliente de
Zn-Al-Mg, muy resistente a la
corrosión y aspecto excelente, y procedimiento de producción de la
misma.
Esta invención se refiere a una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg con buena resistencia a
corrosión y apariencia de superficie y un procedimiento para
producir la misma.
Se sabe que una chapa de acero sumergida en un
baño caliente de galvanizado de cinc que contiene una cantidad
apropiada de Al y Mg para galvanizar la chapa de acero con esta
aleación muestra una excelente resistencia a la corrosión. Debido a
ello, diversas vías de investigación y desarrollo se han buscado con
respecto a este tipo de sistema de
Zn-Al-Mg. Hasta ahora, sin embargo,
no se ha visto ningún caso de chapa de acero galvanizada de este
sistema que haya conseguido éxito comercial como un producto
industrial.
El documento de la patente de los Estados Unidos
nº. 3.505.043, por ejemplo, enseña una chapa de acero galvanizado en
baño caliente con Zn-Al-Mg con
excelente resistencia a la corrosión que usa un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 3-17% en peso, Mg:
1-5%, y el resto de Zn. Esto se sigue mediante las
propuestas presentadas en, por ejemplo, los documentos
JPB-64-8702,
JPB-64-11112 y
JPA-60324 para mejorar la resistencia a la corrosión
y productividad incorporando diversos elementos de adición en la
composición básica del baño de este tipo, regulando las condiciones
de producción, y similares.
En la producción industrial de tal chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg, mientras es por supuesto
necesario para la chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg tener excelente resistencia
a corrosión, también se requiere que sea capaz de producir un
producto en banda bueno en resistencia a corrosión y apariencia de
superficie con buena productividad. Específicamente, es necesario
que sea capaz de producir de forma estable chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg con buena resistencia a
corrosión y apariencia de superficie haciendo pasar continuamente
una banda de acero a través de una máquina de galvanizado en baño
caliente normalmente continua usada comúnmente para producir chapa
de acero galvanizado en baño caliente. En este documento, el
término "chapa de acero galvanizado en baño caliente" se usa
también por conveniencia para una banda de acero galvanizado en
baño caliente producida haciendo pasar una banda de acero a través
de una máquina de galvanizado en baño caliente continua. En otras
palabras, "chapa galvanizada" y "banda galvanizada" se
definen como si representaran la mima cosa.
En el diagrama de fase de equilibrio para
Zn-Al-Mg, el punto ternario
eutéctico al cual el punto de fusión es el más bajo (punto de
fusión = 343ºC) se encuentra en la proximidad de Al de
aproximadamente 4% en peso y Mg en la proximidad de aproximadamente
3% en peso. En la producción de chapa de acero galvanizado en baño
caliente basada en una aleación ternaria de
Zn-Al-Mg, por lo tanto, se haría
patente de un vistazo el ser ventajoso hacer la composición cerca de
este punto ternario eutéctico.
Cuando se adopta una composición de baño en la
proximidad de este punto ternario eutéctico, sin embargo, aparece un
fenómeno de cristalización local de una fase de un sistema
Zn_{11}Mg_{2} en la estructura metálica del galvanizado,
realmente de una matriz cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/
Zn_{11}Mg_{2} per se o en esta matriz de una fase de un
sistema Zn_{11}Mg_{2} que incluye una [fase cristalina primaria
de Al] o una [fase cristalina primaria de Al] y una [monofase de
Zn]. Esta fase de un sistema Zn_{11}Mg_{2}localmente
cristalizada sedecolora más fácilmente que la otra fase (fase de un
sistema Zn_{2}Mg). Durante su permanencia, esta parte asume un
tono de color altamente conspicuo y degrada marcadamente la
apariencia de la superficie. El valor de la chapa de acero
galvanizado como un producto se degrada por lo tanto
manifiestamente.
A través de su experiencia, además, los
inventores han aprendido que cuando esta fase de un sistema
Zn_{11}Mg_{2} cristalizalocalmente aparece un fenómeno de esta
parte cristalizada que es corroída preferencialmente.
Un objeto de la invención es por lo tanto superar
este problema y proporcionar una chapa de acero galvanizado en baño
caliente buena en resistencia a corrosión y apariencia de
superficie.
Los inventores aprendieron adicionalmente que
cuando la operación ordinaria de galvanizado en baño caliente de
sumergir/extraer continuamente una banda de acero en/de un baño se
aplica a un baño de galvanizado de este sistema, aparece un patrón
de rayado de líneas que corre en dirección a lo ancho de la chapa.
Durante la producción de una chapa de acero galvanizado a base de Zn
que no contiene nada de Mg, no aparece tal patrón de rayado similar
a líneas bajo condiciones normales incluso si se añadiera Al al
baño, ni habría casos de esta aparición en chapa de acero
galvanizado con Al en baño caliente. Los inventores descubrieron
que el Mg en el baño está implicado en la causa, específicamente que
el patrón de rayado de líneas que aparece a intervalos en la
dirección a lo ancho de la chapa de acero es peculiar para la chapa
de acero galvanizado en baño caliente que contiene Mg.
Los inventores creen que la razón para esto es
que una película de óxido que contiene Mg se forma en la superficie
de la capa de galvanizado fundida que se adhiere a la banda de
acero inmediatamente después de su extracción del baño y que debido
a esta formación la tensión superficial y la viscosidad de la parte
de superficie de galvanizado son de una naturaleza especial no
encontrada en chapa de acero galvanizado en baño caliente, chapa de
acero galvanizado con Al en baño caliente y similares. Superar el
problema de esta especial naturaleza es indispensable para la
producción industrial de tal acero galvanizado.
Un objeto de la invención es por lo tanto
proporcionar una chapa de acero tal que tenga una buena apariencia
sin un patrón tal.
Esta invención proporciona una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg buena en resistencia a
corrosión y apariencia de superficie es decir una chapa de acero
galvanizado a base de Zn obtenido formando sobre una superficie de
una chapa de acero una capa de galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg compuesta de Al:
4-10% en peso, Mg: 1,0-4,0%, y el
resto de Zn e impurezas inevitables, la capa de galvanizado tiene
una estructura metálica que incluye una [fase cristalina primaria
de Al] o una [fase cristalina primaria de Al] y una [monofase de
Zn] en una matriz de [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg].
En la estructura metálica de la capa de
galvanizado, preferiblemente la cantidad total de la [fase
cristalina primaria de Al] y la [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg] no es menos de un 80% en volumen y la [monofase de
Zn] no es mayor del 15% en volumen (incluyendo 0% en volumen).
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
que tiene la capa galvanizada de esta estructura metálica se puede
producir por, en el curso de producir una chapa de acero
galvanizado con Zn-Al-Mg usando un
baño caliente de galvanizado compuesto de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso y el resto de Zn y impurezas inevitables, controlar la
temperatura del baño de galvanizado a no menos del punto de fusión
y no más alta que 470ºC y la velocidad de enfriamiento hasta que se
completa la solidificación de la capa de galvanizado a no menos de
10ºC/s o hasta controlar la temperatura del baño de galvanizado a no
más baja de 470ºC y la velocidad de enfriamiento después del
galvanizado hasta la terminación de la solidificación de la capa de
galvanizado a no menos de 0,5ºC/s.
La invención proporciona adicionalmente una chapa
de acero galvanizado en baño caliente con un sistema
Zn-Al-Mg bueno en resistencia a
corrosión y apariencia de superficie que es una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg obtenida formando en una
superficie de una chapa de acero una capa de galvanizado compuesta
de Al: 4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0%
en peso, Ti: 0,002-0,1% en peso, B:
0,001-0,045% en peso y el resto de Zn e impurezas
inevitables, la capa de galvanizado tiene una estructura metálica
que incluye una [fase cristalina primaria de Al] o una [fase
cristalina primaria de Al] y una [monofase de Zn] en una matriz de
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg]. En la estructura
metálica de esta capa de galvanizado a la que se ha añadido Ti/B,
preferiblemente la cantidad total de la [fase cristalina primaria
de Al] y la [estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] no es
menos de un 80% en volumen y la [fase de Zn simple] no es mayor del
15% en volumen (incluyendo 0% en volumen).
En el caso de esta chapa de acero galvanizado en
baño caliente con Zn-Al-Mg con
Ti/B-añadido, una chapa de acero galvanizado en baño
caliente que tiene una estructura metálica incluyendo una [fase
cristalina primaria de Al] o una [fase cristalina primaria de Al] y
una [monofase de Zn] en una matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] se puede producir usando un galvanizado
en baño caliente compuesto de Al: 4,0-10% en peso,
Mg: 1,0-4,0% en peso, Ti: 0,002-0,1%
en peso, B: 0,001-0,045% en peso y el resto de Zn e
impurezas inevitables y controlar la temperatura del baño de
galvanizado a no más baja del punto de fusión y más baja de 410ºC y
la velocidad de enfriamiento después del galvanizado a no menos de
7ºC/s o controlar la temperatura del baño de galvanizado a no menos
de 410ºC y la velocidad de enfriamiento después del galvanizado a
no menos de 0,5ºC/s.
De acuerdo con esta invención, con el fin de
controlar el patrón de rayado de líneas que corren en la dirección
a lo ancho de la chapa que aparece fácilmente en una chapa de acero
galvanizado con Zn-Al-Mg de este
tipo, se encontró ventajoso controlar la película de óxido que
contiene Mg que se forma en la capa de superficie de la capa de
galvanizado fundida que se adhiere a la superficie de la banda de
acero extraída continuamente del baño para el control de la
morfología hasta que solidifica la capa de galvanizado, más
explícitamente, para regular la concentración de oxígeno del gas
limpiador no mayor de un 3% en volumen o para proporcionar una caja
sellada para aislar la chapa de acero extraída del baño de la
atmósfera y hacer la concentración de oxígeno en la caja sellada no
mayor del 8% en volumen.
Adicionalmente, de acuerdo con la invención, se
ha encontrado que la aparición del patrón de rayado de líneas en la
dirección a lo ancho de la chapa se puede controlar añadiendo al
baño de galvanizado una cantidad apropiada de Be, específicamente,
0,001-0,05% de Be. La invención por lo tanto también
proporciona una chapa de acero galvanizado en baño caliente
básicamente con Zn sin ningún patrón de rayado producida usando un
baño caliente de galvanizado obtenido añadiendo Be:
0,001-0,05% en peso a un sistema de baño caliente de
galvanizado con Zn-Al-Mg compuesto
de Al: 4,0-19% en peso y Mg:
1,0-4,0% en peso, y, según se requiera, Ti:
0,0002-0,1% y B: 0,0001-0,045%, y el
resto de Zn e impurezas inevitables.
La figura 1 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico y un diagrama para
explicar la micrográfica, que muestra la estructura metálica de la
sección cruzada de la capa de galvanizado de una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg de acuerdo con la
invención.
La figura 2 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico y un diagrama para
explicar la micrográfica, que muestra un alargamiento de la parte
matriz [estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] de la
estructura metálica de la figura 1.
La figura 3 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico y un diagrama para
explicar la micrográfica, que muestra la estructura metálica de la
sección cruzada de la capa de galvanizado de una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg de acuerdo con la invención
(la misma estructura de la figura 1 excepto por la inclusión de la
fase de Zn sólo).
La figura 4 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico y un diagrama para
explicar la micrográfica, que muestra la estructura metálica de la
sección cruzada de la capa de galvanizado de una chapa de acero
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg de acuerdo con la invención
(la misma estructura de la figura 1 excepto por la inclusión de la
fase de Zn sólo: siendo la estructura cristalina primaria de Al más
fina que en la figura 3).
La figura 5 es una fotografía tomada de la
superficie de una chapa de acero galvanizado al baño caliente con
Zn-Al-Mg en la cual han aparecido
manchas dispersas de tamaño visible de la fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2}.
La figura 6 muestra micrográficas electrónicas
secundarias obtenidas por microscopio electrónico (2.000 aumentos)
de una sección cortada a través de una parte de mancha en la figura
5.
La figura 7 muestra micrográficas electrónicas
secundarias obtenidas por microscopio electrónico (10.000 aumentos)
que aumentan la parte ternaria eutéctica de la estructura de la
figura 6.
La figura 8 muestra micrográficas electrónicas
secundarias obtenidas por microscopio electrónico (10.000 aumentos)
de una parte dentro de los límites de una mancha en la figura 5,
siendo la mitad superior la parte de la matriz de la fase del
sistema Zn_{2}Mg y siendo la mitad inferior la parte de la matriz
de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} de la parte de mancha.
La figura 9 muestra gráficos de difracción de
rayos X obtenidos por muestras de 17 mm x 17 mm tomadas de las
laminas de acero galvanizado nº. 3 y nº. 14 en el gráfico 3 del
ejemplo 3, el gráfico superior en la figura 9 se refiere a la nº. 3
y los del centro y abajo se refieren a la muestra nº. 14, la cual se
tomó de tal forma que incluye una mancha de fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} como parte del área de muestra.
La figura 10 es un diagrama que muestra el
intervalo de condiciones ventajosas para la producción de la chapa
de acero galvanizado al baño caliente con
Zn-Al-Mg de la invención.
La figura 11 es un diagrama que muestra el
intervalo de condiciones ventajosas para la producción de la chapa
de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg usando un baño al cual se
ha añadido Ti/B.
La figura 12 es una vista seccional de la parte
esencial de una máquina de galvanizado en baño caliente que muestra
como la cantidad aplicada de la capa de galvanizado en baño caliente
se ajusta usando las boquillas limpiadoras instaladas en aire
atmosférico.
La figura 13 es una vista seccional de la parte
esencial de una máquina de galvanizado en baño caliente que muestra
como la cantidad aplicada de la capa de galvanizado en baño caliente
se ajusta usando las boquillas limpiadoras instaladas en una caja
sellada.
La figura 14 es un gráfico que muestra un ejemplo
de una curva ondulante obtenida de la superficie de una chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg.
La figura 15 muestra una tabla de datos y una
gráfica indicando la relación entre las etapas y el patrón de
evolución del rayado a la vista de la chapa de acero galvanizado en
baño caliente con Zn-Al-Mg.
La figura 16 muestra un típico ejemplo de un
estándar para evaluar el patrón de rayado que aparece en la
superficie de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg, el patrón de rayado
decrece ordenadamente de (a) a (d).
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg de acuerdo con la
invención se galvaniza en baño caliente usando un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 4,0-1,0% en peso, Mg:
1,0-4,0% en peso y el resto de Zn y partículas
inevitables. La capa de galvanizado obtenida tiene sustancialmente
la misma composición que el baño de galvanizado. Sin embargo, la
estructura de la capa de galvanizado se caracteriza en que se hace
dentro de una estructura metálica incluyendo una [fase primaria
cristalina de Al] en una matriz de [estructura ternaria eutéctica
de Al/Zn/Zn_{2}Mg] o que se hace dentro de una estructura metálica
que incluye una [fase cristalina primaria de Al] y una [fase de Zn]
en dicha matriz. Mediante esto, se incrementa simultáneamente la
resistencia a corrosión, la apariencia de la superficie y la
productividad.
La [estructura eutéctica ternaria
Al/Zn/Zn_{2}Mg] aquí es una estructura eutéctica ternaria que
incluye una fase de Al, una fase de Zn y una fase de compuesto
intermetálico Zn_{2}Mg, como se muestra por ejemplo mediante el
ejemplo típico en la micrográfica electrónica secundaria obtenida
por microscopio electrónico de la figura 2. La fase Al que forma
esta estructura eutéctica ternaria realmente se origina a partir de
una fase de Al (disolución sólida de Al con Zn presente en la
disolución sólida y que contiene una pequeña cantidad de Mg) a alta
temperatura en el diagrama de la fase de equilibrio del sistema
ternario Al-Zn-Mg. Esta fase de
"Al" a alta temperatura comúnmente se manifiesta por sí misma
a temperatura ambiente normal según se divide en una fase fina de
Al y una fase fina de Zn. Además, la fase de Zn de la estructura
eutéctica ternaria es una disolución sólida en Zn que contiene una
pequeña cantidad de Al en disolución sólida, y, en algunos casos,
una pequeña cantidad de Mg en disolución sólida. La fase Zn_{2}Mg
de la estructura ternaria eutéctica es una fase de compuesto
intermetálico presente en la proximidad de Zn: aproximadamente 84%
en peso en el diagrama de fase de equilibrio binario de
Zn-Mg. En este documento, la estructura eutéctica
ternaria compuesta de estas tres fases se representa como
[estructura ternaria eutéctica de Al/Zn/Zn_{2}Mg].
Como se muestra por ejemplo mediante el ejemplo
típico en la micrográfica electrónica secundaria obtenida por
microscopio electrónico de la figura 1, la [fase cristalina
primaria de Al] aparece como islas con límites claramente definidos
en la matriz de estructura ternaria eutéctica y se originan a partir
de una "fase de Al" (disolución sólida de Al con Zn presente
en la disolución sólida y conteniendo una pequeña cantidad de Mg) a
alta temperatura en el diagrama de la fase de equilibrio del
sistema ternario Al-Zn-Mg. La
cantidad de Zn y la cantidad de Mg presentes en disolución sólida
en la "fase de Al" a alta temperatura difieren dependiendo de
la composición del baño de galvanizado y/o las condiciones de
enfriamiento. A temperatura ambiente normal, esta "fase de Al"
a alta temperatura se divide ordinariamente en una fase fina de Al y
una fase fina de Zn. De hecho, cuando esta parte se observa
adicionalmente microscópicamente, se puede ver una estructura de Zn
finamente precipitado pero las configuraciones similares a islas
que aparecen con límites fuertemente definidos en la matriz de
estructura eutéctica ternaria se pueden contemplar según retengan
la forma del armazón de la "fase de Al" a alta temperatura. La
fase que se origina a partir de la "fase de Al" a alta
temperatura (llamada cristal primario de Al) y que retiene
sustancialmente en su contorno la forma del armazón de la "fase
de Al" se refiere como [fase cristalina primaria de Al] en este
documento. Esta [fase cristalina primaria de Al] se puede distinguir
claramente a partir de la fase de Al de la estructura ternaria
eutéctica mediante la observación microscópica.
Como se muestra por ejemplo mediante el ejemplo
típico en la micrográfica electrónica secundaria obtenida por
microscopio electrónico de la figura 3, la [fase de Zn sólo]
aparece en forma de islas con límites fuertemente definidos en la
matriz de estructura eutéctica ternaria (y aparece en cierto modo
más blanco que la fase primaria cristalina de Al). En realidad,
puede tener una pequeña cantidad de Al y, adicionalmente, una
pequeña cantidad de Mg presente en ello en disolución sólida. Esta
[fase de Zn sólo] puede distinguirse claramente de la fase de Zn de
la estructura eutéctica ternaria mediante observación
microscópica.
En la presente memoria, la estructura metálica
que incluye una [fase cristalina primaria de Al] o una [fase
cristalina primaria de Al] y una [fase de Zn sólo] en la matriz de
[estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] se llama
algunas veces una "fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}" que
indica tanto la estructura metálica de la matriz de [estructura
eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] en sí misma como la
estructura metálica de esta matriz incluyendo la [fase cristalina
primaria de Al] o la [fase cristalina primaria de Al] y la [fase de
Zn sólo]. Cuando la última fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}
manifiesta por sí misma en manchas de tamaño visible, la apariencia
de la superficie se degrada marcadamente y decrece la resistencia a
corrosión. La capa de galvanizado de acuerdo con la invención se
caracteriza en el punto de que sustancialmente no está presente
ninguna fase visible Zn_{11}Mg_{2} similar a manchas.
La Chapa de acero galvanizado en baño caliente
con zn-Al-Mg de acuerdo con esta
invención está por tanto caracterizada por el hecho de tener una
estructura metálica específica. La explicación comenzará por la
composición de galvanizado básica de la chapa de acero
galvanizado.
El Al en la capa de galvanizado trabaja para
incrementar la resistencia a corrosión de la chapa de acero
galvanizado y el Al en el baño de galvanizado trabaja para suprimir
la generación de una película de desecho que está compuesta de
óxido que contiene Mg sobre la superficie del baño de galvanizado.
A un contenido de menos de 4,0% en peso, el efecto de mejorar la
resistencia a corrosión de la chapa de acero es insuficiente y el
efecto de suprimir la generación del desecho compuesto de óxido que
contiene Mg es también bajo. Por otra parte, cuando el contenido de
Al excede del 10%, el aumento de una capa de aleación
Fe-Al en la interfaz entre la capa de galvanizado y
el material base de la chapa de acero llega a ser pronunciado hasta
degradar la adherencia del galvanizado. El contenido de Al
preferido es 4,0-9,0% en peso, el contenido de Al
más preferible es 5,0-8,5% en peso, y el contenido
de Al aún más preferible es 5,0-7,0% en peso.
El Mg en la capa de galvanizado trabaja para
generar un producto de corrosión uniforme en la superficie de la
capa de galvanizado para mejorar marcadamente la resistencia a
corrosión de la chapa de acero galvanizado. A un contenido de Mg de
menos del 1,0%, el efecto de la generación uniforme del producto de
corrosión es insuficiente, mientras que cuando el contenido en Mg
excede el 4,0%, el efecto de la resistencia a corrosión mediante Mg
se satura y, desventajosamente, el desecho compuesto de óxido que
contiene Mg se genera más fácilmente en el baño de galvanizado. El
contenido en Mg se hace por lo tanto de 1,0-4,0%. El
contenido preferido en Mg es 1,5-4,0% en peso, el
contenido en Mg más preferible es 2,0-3,5% en peso,
y el contenido en Mg aún más preferible es 2,5-3,5%
en peso.
Como se señaló anteriormente, se ha encontrado
que cuando una fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} cristaliza en una
composición ternaria de Zn-Al-Mg que
contiene tales cantidades de Al y Mg en Zn, la apariencia de
superficie se degrada y la resistencia a corrosión se degrada
también. En contraste, se ha encontrado que cuando la estructura de
la capa de galvanizado está formando una estructura metálica que
incluye una [fase cristalina primaria de Al] o una [fase cristalina
primaria de Al] y una [fase de Zn sólo] en una matriz de [estructura
eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg], la apariencia de
superficie es extraordinariamente buena y la resistencia a
corrosión es superior.
La estructura de una [fase cristalina primaria de
Al] incluida en una matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg] aquí es una estructura metálica de [fase
cristalina primaria de Al] precipitada primero incluida en una
matriz de [estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg],
cuando la sección cruzada de la capa de galvanizado se observa
microscópicamente.
La figura 1 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico (2.000 aumentos) de
una sección cruzada que muestra una estructura metálica típica de
este tipo. La composición de la capa de galvanizado galvanizada en
baño caliente sobre la superficie del acero de la base inferior de
la chapa de acero (la parte en cierto modo negruzca) es
6Al-3Mg-Zn (aproximadamente 6% en
peso de Al, aproximadamente 3% en peso de Mg, resto Zn). En la
derecha está un diagrama que analiza las fases de la estructura
esquematizando la estructura de la fotografía en la figura 1. Como
se muestra en este diagrama, la [fase cristalina primaria de Al]
está incluida en la matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg] en el estado de islas discretas.
La figura 2 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico que muestra un
alargamiento de la parte de la matriz de la [estructura eutéctica
ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] en la figura 1 (10.000 aumentos).
Como se muestra en el esquema analítico en la derecha, la matriz
tiene una estructura eutéctica ternaria compuesta de Zn (partes
blancas), Al (partes negruzcas, similares a granos) y Zn_{2}Mg
(partes como bastoncillos que constituyen el resto).
La estructura de una [fase primaria cristalina de
Al] y una [fase de Zn sólo] incluidas en una matriz de [estructura
eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] es una estructura metálica
de [fase primaria cristalina de Al] y [fase de Zn sólo] incluidas
en una matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg], cuando la sección cruzada de la capa de
galvanizado se observa microscópicamente. En otras palabras, aparte
de la cristalización de una pequeña cantidad de la [fase de Zn
sólo], no es diferente de la estructura metálica anterior. A pesar
de la cristalización de una pequeña cantidad de [fase de Zn sólo],
la resistencia a corrosión y la apariencia son sustancialmente tan
buenas como aquellas de la estructura anterior.
La figura 3 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico (2.000 aumentos) de
una sección cruzada que se muestra en una estructura metálica
típica de este tipo. La composición de la capa de galvanizado es
6Al-3Mg-Zn (aproximadamente 6% en
peso de Al, aproximadamente 3% en peso de Mg, resto Zn). Como se
puede ver en la figura 3, la estructura es la misma que la de la
figura 1 en el aspecto de tener islas discretas de matriz de
[estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] pero
adicionalmente tiene islas discretas de [fase de Zn sólo] (parte
gris algo más ligera en color que la primera fase cristalina de
Al).
La figura 4 es una micrográfica electrónica
secundaria obtenida por microscopio electrónico (2.000 aumentos) de
una sección cruzada de una capa de galvanizado de la estructura
obtenida cuando la velocidad de enfriamiento tras el galvanizado en
baño caliente de la misma composición de galvanizado que la de la
figura 3 se hace más rápida que la de la figura 3. En la estructura
de la figura 4, la [fase primaria cristalina de Al] es un poco más
fina que la de la figura 3 y la [fase de Zn sólo] está presente en
la vecindad de la misma. No hay, sin embargo, ninguna diferencia en
el punto de que la [fase primaria cristalina de Al] y la [fase de
Zn sólo] se incluyen en una matriz de [estructura eutéctica ternaria
de Al/Zn/Zn_{2}Mg].
Con respecto al porcentaje de la capa completa
del que dan cuenta estas estructuras, en el caso anterior, es
decir, en la estructura metálica que tiene la [fase primaria
cristalina de Al] que precipita en primer lugar dispersa en una
matriz de [estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg], la
cantidad total de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg] + [fase primaria cristalina de Al] no es menor
del 80% en volumen, preferiblemente no es menor del 90% en volumen,
y aún más preferiblemente no es menor del 95% en volumen. El resto
puede incluir una pequeña cantidad de Zn/Zn_{2}Mg binario
eutéctico o Zn_{2}Mg.
En lo anterior, es decir, en la estructura
metálica que tiene la [fase primaria cristalina de Al] y también la
[fase de Zn sólo] cristalizadas en una matriz de [estructura
eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg], la cantidad total de
estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] + [fase primaria
cristalina de Al] no es menor del 80% en volumen, y la cantidad de
la [fase de Zn sólo] no es más del 15% en volumen. El resto puede
incluir una pequeña cantidad de Zn/Zn_{2}Mg binario eutéctico o
Zn_{2}Mg.
Preferiblemente, las estructuras tanto anteriores
como posteriores están sustancialmente ausentes de la fase del
sistema Zn_{11}Mg_{2}. Se encontró que en el intervalo de la
composición de acuerdo con la invención, la fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2}es probable que aparezca "en forma de manchas"
como una fase de la estructura metálica que incluye [fase primaria
cristalina de Al] o la [fase primaria cristalina de Al] y [fase de
Zn sólo] en una matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg].
La figura 5 es una fotografía tomada de la
apariencia de superficie de una chapa de acero galvanizado (que el
nº. 13 en la tabla 3 de ejemplo 3 expone más adelante) en el que la
fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} ha aparecido en forma de
manchas. Como se puede ver en la figura 5, manchas de
aproximadamente 2-7 mm de radio(partes
decoloradas azules) son visibles con puntos dispersos en la fase
matriz. El tamaño de estas manchas difiere dependiendo de la
temperatura del baño y de la velocidad de enfriamiento de la capa
de galvanizado en baño caliente.
La figura 6 muestra micrografías electrónicas
secundarias obtenidas mediante microscopio electrónico (2.000
aumentos) de un corte de sección a través de una muestra tal que
pasa a través de una parte de mancha en la figura 5. Como se puede
ver en la figura 6, la estructura de la parte de mancha es la de
[fase primaria cristalina de Al] incluida en una matriz de
[estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]. (Dependiendo
de la muestra, la [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg] y la [fase de Zn sólo] se pueden incluir en la
matriz).
La figura 7 muestra micrografías electrónicas
secundarias obtenidas mediante microscopio electrónico de sólo la
parte de la matriz de la figura 6 (parte que no contiene ningún
cristal primario de Al) a unos aumentos mayores (10.000 aumentos).
Entre las rayas blanquecinas de Zn son claramente visibles las
estructuras eutécticas ternarias que incluyen Zn_{11}Mg_{2} y Al
(partes similares a granos algo negruzcas), es decir, [estructuras
eutécticas ternarias de Al/Zn/Zn_{2}Mg].
La figura 8 muestra micrografías electrónicas
secundarias obtenidas mediante microscopio electrónico (10.000
aumentos) en relación a una parte de mancha tal como se ven en la
figura 5, que muestran una parte límite entre la fase de matriz y
la fase de mancha. En la fotografía de la figura 8, la mitad
superior es la parte de la fase matriz y la parte inferior es la
fase de mancha. La parte de la fase matriz de la mitad superior es
la misma [estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] que la
de la figura 2 y la mitad inferior muestra la misma [estructura
eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] que en la figura 7.
De las figuras 5 a al 8, se puede ver que la fase
del sistema similar a las manchas Zn_{11}Mg_{2} es realmente
una que tiene una estructura metálica de [cristal primario Al] o
[cristal primario Al] y [fase de Zn sólo] incluida en una matriz de
[estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] y que la fase
del sistema Zn_{11}Mg_{2} aparece como manchas dispersas de
tamaño visible en la matriz de la fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2}, es decir, en la matriz de una estructura
metálica que tiene [fase cristalina primaria de Al] o [fase
cristalina primaria de Al] y [fase de Zn sólo] incluidas en una
matriz de [estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg].
La figura 9 muestra ejemplos de la difracción de
rayos x típica de aquellos que proporcionan las bases para
identificar las estructuras metálicas mencionadas. En el dibujo,
los picos marcados \Box son aquellos del compuesto intermetálico
Zn_{2}Mg y los picos marcados X son aquellos del compuesto
intermetálico Zn_{11}Mg_{2}. Cada una de las difracciones de
rayos x se dirigió tomando una muestra cuadrada de capa de
galvanizado de 17 mm x 17 mm y exponiendo la superficie de la
muestra cuadrada a los rayos x bajo condiciones de un tubo de
Cu-K_{\alpha }, un tubo de voltaje de 150 Kv, y un
tubo corriente de 40mA.
El gráfico superior en la figura 9 se refiere al
nº. 3 en la tabla 3 o el ejemplo 3 y los gráficos del medio y de
abajo se refieren al nº. 14 en la misma tabla 3. Las muestras de
los gráficos del medio y de abajo se toman de tal forma que
incluyen una mancha de fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} como parte
del área de muestra. La razón del área de la mancha dentro del área
tomada como muestra se observó visualmente que es aproximadamente
el 15% en el gráfico de en medio y aproximadamente el 70% en el
gráfico de abajo. A partir de estas difracciones de rayos x, está
claro que la estructura eutéctica ternaria vista en la figura 2 es
[estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] y la estructura
eutéctica ternaria vista en la figura 7 es
[Al/Zn/Zn_{11}Mg_{2}].
A partir de este punto de vista metálico
estructural, en las tablas 3, 5 y 6 de los ejemplos expuestos más
adelante y también en la figura 10 descrita más adelante, capas de
galvanizado de acuerdo con la invención que sustancialmente no
tienen ninguna fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} se representan
como "Zn_{2}Mg" y aquellas en los cuales la fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} aparece en manchas de tamaño visible en una
matriz de fase del sistema Zn_{2}Mg se representan como
"Zn_{2}Mg + Zn_{11}Mg_{2}". Cuando tal fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} similar a manchas aparece, la resistencia a la
corrosión se degrada y la apariencia de la superficie está
marcadamente disminuida. La capa de galvanizado de acuerdo con la
invención por lo tanto se compone preferiblemente de una estructura
metálica que no tiene sustancialmente nada de fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} de tamaño visiblemente observable, es decir,
sustancialmente de fase del sistema Zn_{2}Mg.
Más específicamente, en la capa de galvanizado de
la chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que tiene una composición
dentro del intervalo mencionado de acuerdo con la invención, la
matriz de la [estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]
está presente en el intervalo del 50% o menos al 100% en volumen,
la [fase cristalina primaria de Al] similar a islas está presente
en su matriz de estructura eutéctica en el intervalo de más del 0%
al 50% en volumen, y, en algunos casos, la [fase de Zn sólo]
similar a islas está presente adicionalmente en el presente
documento al 0-15% en volumen. Cuando la superficie
de la fase de galvanizado se observa a simple vista, la fase de
sistema Zn_{11}Mg_{2} (fase que tiene matriz de estructura
eutéctica ternaria Al/Zn/ Zn_{11}Mg_{2}) que aparece en manchas
no está presente en tamaño visible. En otras palabras, la
estructura metálica de la capa de galvanizado se compone
sustancialmente de matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg]: del 50% a menos del 100% en volumen, [fase
cristalina primaria de Al]: de más de 0% al 50% en volumen, y [fase
de Zn sólo]: 0-15% volumen.
"Compuesto sustancialmente" significa aquí
que otras fases, típicamente la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2},
no está presente en cantidades que afecten a la apariencia y que
incluso si la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} está presente en
una cantidad pequeña tal que no se puede distinguir mediante
observación visual, tal cantidad pequeña se puede tolerar siempre y
cuando no tenga efecto en la resistencia a corrosión y la
apariencia de superficie. En otras palabras, a partir de que la
fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} tenga un efecto adverso sobre la
apariencia y resistencia a corrosión cuando está presente en tal
cantidad que se observa en manchas a simple vista, tal cantidad cae
fuera del intervalo de la invención. Además, la presencia del
sistema Zn_{2}Mg binario eutéctico y similares también es
tolerable en pequeñas cantidades que no se pueden distinguir
mediante observación visual a simple vista.
Para producir las chapas de acero galvanizado en
baño caliente Zn-Al-Mg de la
estructura metálica de acuerdo con la invención se encontró
suficiente controlar la temperatura del baño caliente de
galvanizado en la composición precedente y la velocidad de
enfriamiento tras el galvanizado típicamente dentro del intervalo
de incubación mostrado en la figura 10.
Específicamente, como se puede ver en la figura
10, y como se indica en los ejemplos expuestos más adelante, cuando
la temperatura del baño es menor de 470ºC y la tasa de enfriamiento
es menor de 10ºC/s, la fase del sistema anteriormente mencionada
Zn_{11}Mg_{2} aparece en manchas, haciendo imposible lograr el
objeto de la invención. Tal fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}
parece poderse comportar por sí misma en algún grado respecto a la
fase de equilibrio en la proximidad del punto ternario eutéctico en
el diagrama de la fase de equilibrio
Zn-Al-Mg.
Se ha encontrado, sin embargo, que cuando la
temperatura del baño excede 450ºC, más preferiblemente elevada a
470ºC o más alta, el efecto de la velocidad de enfriamiento
disminuye y la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}no aparece, por lo
cual la estructura metálica definida por la invención se puede
obtener. Se encontró de forma similar que incluso a una temperatura
de baño de 450ºC o menor, más preferiblemente incluso a una de
470ºC o menor, la estructura metálica definida por la invención se
puede obtener si la velocidad de enfriamiento se hace no menos de
10ºC/s, más preferiblemente no menos de 12ºC/s. Este es un estado
de estructura que no se puede predecir a partir a partir del
diagrama de la fase de equilibrio
Zn-Al-Mg y un fenómeno que no se
puede explicar mediante la teoría del equilibrio.
Cuando este fenómeno se utiliza, una chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que tiene una capa de
galvanizado de la mencionada estructura metálica de acuerdo con la
invención y es buena en resistencia a corrosión y apariencia de
superficie se puede producir industrialmente conduciendo, en una
máquina de galvanizado en baño caliente continuo, el galvanizado en
baño caliente de la chapa de acero de superficie usando un baño
caliente de galvanizado compuesto de Al: 4,0-10% en
peso, Mg: 1,0-4,0% y el resto de Zn e impurezas
inevitables, dirigiendo la temperatura del baño de galvanizado a no
más baja del punto de fusión y no más alta de 450ºC,
preferiblemente menor de 470ºC, y dirigiendo la velocidad de
enfriamiento después del galvanizado a no menos de 10ºC/s,
preferiblemente a no menos de 12ºC, o conduciendo el galvanizado en
baño caliente de la superficie de la chapa de acero con la
temperatura del baño de galvanizado fija a no menos de 470ºC y la
velocidad de enfriamiento tras el galvanizado establecida
arbitrariamente (a no menos de 0,5ºC/s, el valor del límite
inferior en una operación práctica
actual).
actual).
Es notable que mientras se considera ventajoso
llevar la composición del baño perfectamente de acuerdo con la
composición eutéctica ternaria (Al = 4% en peso, Mg = 3% en peso y
Zn = 93% en peso en el diagrama de fase en el equilibrio) de tal
forma que se minimiza el punto de fusión, esto en realidad conduce
al encogimiento de las partes finalmente solidificadas que da como
resultado un estado rugoso de la superficie de mala apariencia. Es
aconsejable evitar, por lo tanto, una composición eutéctica
ternaria perfecta. Considerando también el contenido en Al, es
preferible adoptar un contenido en el lado hipereutéctico en la
composición con la mencionada composición variando desde que
Zn_{11}Mg_{2} cristaliza aún más fácilmente a una composición
del lado hipoeutéctico.
Con respecto a la temperatura del baño, con el
intervalo de composición del baño de la invención, es preferible,
como se indica en los ejemplos expuestos más adelante, establecer
550ºC como el límite superior de la temperatura del baño y para
efectuar el galvanizado a una temperatura del baño no mayor que
ésta, debido a que la adhesión del galvanizado se degrada cuando la
temperatura del baño es demasiado alta.
Como se señaló anteriormente, en el intervalo de
composición del baño definido por la invención, la temperatura del
baño y la velocidad de enfriamiento tras el galvanizado influyen
grandemente en la comprensión de la generación/no generación de
Zn_{11}Mg_{2} y Zn_{2}Mg como eutécticos ternarios. Aunque la
razón para esto no está aún suficientemente clara, se piensa que es
aproximadamente como sigue.
Dado que la velocidad de cristalización de
Zn_{11}Mg_{2} decrece con incrementar la temperatura del baño
para llegar a ser nula a 470ºC y por encima de 470ºC, la
temperatura del baño se puede contemplar como que está relacionada
directamente con la generación de la fase de los núcleos
Zn_{11}Mg_{2}. Aunque no se puede dar una razón definitiva para
esto, las propiedades físicas de la capa de reacción (capa de
aleación) entre la capa de galvanizado y la chapa de acero se
presumen que están implicadas.
Esto es porque se piensa que la capa de aleación
es el principal punto de comienzo de solidificación de la capa de
galvanizado.
Como la velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado llega a ser más rápida, además, el tamaño de la fase
Zn_{11}Mg_{2} similar a manchas, es decir, la fase similar a
manchas que incluye [cristal primario Al] o [cristal primario Al]
y [fase de Zn sólo] en una [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg], decrece gradualmente hasta el punto de llegar a
ser difícil observarlo visualmente. Entonces eventualmente a una
velocidad de enfriamiento de 10ºC/s o mayor, el tamaño disminuye al
punto de llegar a ser indistinguible mediante observación visual.
En otras palabras, se considera que el crecimiento de la fase del
sistema Zn_{11}Mg_{2} se impide con incremento de la velocidad
de enfriamiento.
Los inventores han aprendido recientemente que la
generación y el crecimiento de una fase de sistema Zn_{11}Mg_{2}
tal puede ser adicionalmente controlado usando un baño de
galvanizado obtenido añadiendo cantidades apropiadas de Ti y B al
baño de la citada composición básica. De acuerdo con este
conocimiento, incluso si los intervalos de control de la
temperatura del baño y la velocidad de son más amplios
relativamente a aquellos que se dan en el caso de no adición de
Ti/Bi, una fase de sistema Zn_{2}Mg, es decir, una capa de
galvanizado que tiene una estructura metálica de [fase cristalina
primaria de Al] o [fase cristalina primaria de Al] y [fase de Zn
solo] incluidas en una matriz de [estructura eutéctica ternaria de
Al/Zn/Zn_{2}Mg], se puede formar. Una chapa de acero galvanizado
en baño caliente superior en resistencia a corrosión y en
apariencia de superficie puede por lo tanto producirse de forma más
ventajosa y estable. Dado que para añadir Ti y B es posible mezclar
en una cantidad apropiada de un compuesto de Ti y B tal como
TiB_{2}, es por lo tanto posible usar como aditivos Ti, B y/o
TiB_{2}. También es posible causar que el TiB_{2} esté
presente en un baño añadido con Ti/B.
Composiciones de la aleación de la capa de
galvanizado añadiendo cantidades apropiadas de Ti u B a una capa de
galvanizado en baño caliente de Zn se expliquen por ejemplo, en
JPA-59-166666 (refinamiento del
tamaño de grano del cristal de la aleación Zn-Al
mediante la adición de Ti/B),
JPA-62-23976 (refinamiento de
lentejuelas), JPA-2-138451
(supresión de la defoliación de recubrimiento mediante impacto
después de pintar) y JPA-62-274851
(mejora de la elongación y del valor de impacto). Sin embargo,
ninguno de estos se refiere a un galvanizado en baño caliente con
un sistema Zn-Al-Mg de una
composición tal como aquella a la que la invención se refiere. En
otras palabras, la acción y efecto de Ti/B en los comportamientos de
la estructura tal como generación de fase del sistema Zn_{2}Mg y
supresión de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} se ha
desconocido hasta ahora. Pese a que los estados de
JPA-2-274851 pueden contener hasta
0,2% en peso de Mg, esto no contempla que el Mg esté contenido a no
menos de 1,0% en peso como se contempla mediante la invención. Los
inventores han descubierto recientemente que en el caso del
galvanizado en punto caliente con sistema
Zn-Al-Mg de la composición básica de
la invención descrita en lo anterior, cuando las cantidades
apropiadas de Ti/B se añaden al galvanizado de la composición
básica, el tamaño de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} llega a
ser extremadamente pequeño, y que Ti y B permiten crecimiento
estable de la fase del sistema Zn_{2}Mg, incluso tienden a
generar la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}.
Específicamente, aunque Ti y B en la capa de
galvanizado en baño caliente proporcionan una acción de suprimir
generación/crecimiento de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2},
tal acción y efecto son insuficientes a un contenido en Ti de menos
de 0,002% en peso. Por otro lado, cuando el contenido en Ti excede
0,1% en peso, un precipitado del sistema Ti-Al crece
en la capa de galvanizado, por lo cual aparecen protuberancias en
la capa de galvanizado (llamadas "butsu" en el campo de los
ingenieros japoneses) causando degradación indeseable de la
apariencia. El contenido de Ti está por lo tanto preferiblemente
formando el 0,002-0,1% en peso. Con respecto al
contenido de B, al menos de 0,001% en peso la acción y efecto de
suprimir generación/crecimiento de la fase Zn_{11}Mg_{2} es
insuficiente. Cuando el contenido en B excede 0,045% en peso, por
otra parte, el sistema Ti-B o Al-B
precipita en la capa de galvanizado llegando a ser grueso, por lo
cual aparecen protuberancias (butsu) en la capa de galvanizado que
causan degradación indeseable de la apariencia. El contenido en B
está formado por lo tanto preferiblemente por
0,001-0,045% en peso.
Se encontró que cuando Ti y B se añadían al baño
caliente de galvanizado con
Zn-Al-Mg, dado que la
generación/crecimiento de la fase Zn_{11}Mg_{2} se impide más
que en el caso de no adición, las condiciones para obtener la
estructura metálica de la invención compuesta de fase del sistema
Zn_{2}Mg se facilitan relativamente a cuando Ti y B no se han
añadido, por lo que esto es suficientes para controlar la
temperatura del baño caliente de galvanizado y la velocidad del
enfriamiento tras el galvanizado dentro del típico rango de
incubación mostrado en la figura 11. La relación en la figura 11 es
más ancha en intervalo que la relación en la figura 10 anterior.
Esto se puede contemplar como el efecto de la adición Ti/B.
Esto se explicará. En el caso de la adición de
Ti/B, como se muestra en la figura 11 y se indica en los ejemplos
explicados más tarde, cuando la temperatura del baño es menor que
410ºC y la velocidad de enfriamiento es menos de 7ºC/s, la fase
anteriormente mencionada del sistema Zn_{11}Mg_{2} aparece en
manchas. Más específicamente, se encuentra que el efecto de la
velocidad de enfriamiento disminuye a temperaturas del baño por
encima de 410ºC tal que no aparece ninguna fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} y la estructura metálica definida por la invención
se puede obtener si la tasa de enfriamiento no se hace menor de
7ºC/s. Esto es también un estado estructural que no se puede
predecir del diagrama de fase de equilibrio y un fenómeno que no
puede explicarse mediante la teoría del equilibrio.
Cuando se utiliza este fenómeno, una chapa de
acero galvanizado basado en Zn en baño caliente que tiene una chapa
de galvanizado de la estructura metálica precedente de acuerdo con
la invención y es buena en resistencia a corrosión y la apariencia
de superficie se puede se puede producir industrialmente
ventajosamente mediante, en una máquina continua en línea de
galvanizado al baño caliente del tipo de recocido, dirigiendo el
galvanizado en baño caliente de la superficie de la chapa de acero
usando un baño caliente de galvanizado compuesto de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso, Ti: 0,002-0,1% en peso; B:
0,001-0,045% en peso y el resto de Zn e impurezas
inevitables, dirigiendo la temperatura del baño de galvanizado a no
más baja que el punto de fusión y más baja de 410ºC y la velocidad
de enfriamiento después del galvanizado a no menos de 7ºC/s, o
estableciendo la temperatura del baño de galvanizado a no menos de
410ºC y la tasa velocidad de enfriamiento después del galvanizado
arbitrariamente (a no menos de 0,5ºC/s, el valor límite inferior en
una operación práctica actual).
Con respecto a la temperatura del baño,
independientemente de la adición/no adición de Ti/B, es preferible
con la composición del baño de la invención fijar 550ºC como el
límite superior de la temperatura del baño y para llevar a cabo el
galvanizado en baño caliente a una temperatura del baño no superior
a esta, porque la adhesión del galvanizado se degrada cuando la
temperatura del baño es demasiado alta.
Además, las sustancias indicadas con respecto al
galvanizado no contienen Ti/B explicado con referencia a las
fotografías de las figuras 1-8 y los gráficos de
difracción de rayos x de la figura 9 que de forma sustancialmente
similar explican las capas de galvanizado conteniendo Ti/B.
Específicamente, unos contenidos pequeños de Ti/B tales como en
esta invención, Ti, B, TiB_{2} y similares sustancialmente no
aparecerán como fases claramente observables en las micrográficas
electrónicas secundarias obtenidas por microscopio electrónico,
mientras que la difracción de rayos x aparece meramente como picos
extremadamente pequeños. Por lo tanto, la estructura metálica de la
chapa de acero galvanizado que contiene Ti/B se ha explicado de
forma similar mediante las materias expuestas por las figuras
1-9 y cae sustancialmente dentro del mismo
intervalo que la estructura metálica de la lamina de acero
galvanizada de la invención que no contiene nada de Ti/B.
Después, se elaborará la explicación con respecto
al patrón de rayado de las líneas que corren en la dirección a lo
ancho de la chapa que tienden a aparecer en la capa de galvanizado
de este sistema y los medios para que suceda la desaparición del
mismo.
En el caso de la precedente chapa de acero
galvanizado en baño caliente básicamente con Zn, pese a que la
resistencia a corrosión y apariencia de superficie se mejoran a
partir del aspecto de la estructura metálica de la capa de
galvanizado, el valor del producto se degrada si aparece como se
mencionó anteriormente. A través de numerosos experimentos para
superar este problema repetidamente dirigidos usando una línea
continua de baño caliente como la línea de producción asumida, los
inventores descubrieron que la causa de la aparición de este patrón
peculiar de bandas inducido por Mg está en la morfología de una
película de óxido que contiene Mg que se forma durante el periodo
hasta la solidificación de la capa de galvanizado sobre la
superficie de la banda de acero al tiempo que la banda de acero se
extrae continuamente del baño y que la aparición del patrón de
rayado similar a líneas se puede prevenir controlando adecuadamente
la morfología de la película de óxido que contiene Mg,
independientemente de otras condiciones.
Este patrón de rayado similar a líneas es un
patrón producido por la aparición a intervalos de bandas
relativamente anchas que se extienden en dirección a lo ancho de la
chapa. Incluso si ellas aparecen, no suponen ningún problema para el
producto industrial siempre que estén en un grado minoritario tal
que no sean distinguibles mediante observación visual. La
"pendiente (%)" de acuerdo con la ecuación (i) más adelante se
adoptó por lo tanto como un índice para cuantificar el grado del
patrón de rayado similar a líneas. Por ello, la forma ondulante de
la superficie de galvanizado se mide en la dirección de galvanizado
de la chapa de acero galvanizado obtenida, es decir, en la
dirección del paso de la banda (a lo largo de la dirección de la
banda), y la pendiente se obtiene de la curva de la forma ondulante
sobre una unidad de longitud (L). Cuando la pendiente exceden de
0,1%, aparecen rayados similares a líneas distinguibles a simple
vista en la dirección a lo ancho de la chapa.
Pendiente (%) = 100 x Nm x (M + V)/L ...(1),
donde:
L = unidad de longitud (preparado para un valor
no menor de 100 x 10^{3}\mum tal como 250 x
10^{3}\mum),
Nm = número de picos dentro de la unidad de
longitud,
M = altura media de los picos dentro de la unidad
de longitud (\mum),
V = profundidad media de los valles dentro de la
unidad de longitud (\mum).
Se piensa que en el estado de la banda de acero
que se extrae continuamente del baño, la generación de una
estructura solidificada que no está en el equilibrio que acompaña a
la generación de compuestos intermetálicos que progresan
simultáneamente con reacción de oxidación entre los componentes
metálicos y el oxígeno en la atmósfera ambiente durante el periodo
hasta la solidificación de la capa galvanizada en baño caliente se
adhiere a la superficie de la banda de acero. Cuando Mg se contiene
a 1,0% a lo ancho o mayor, sin embargo, una película de óxido que
contiene Mg se forma en la superficie de la capa fundida de
galvanizado, por lo cual una viscosidad diferencial y/o una masa
diferencial aparece entre la parte de superficie y la parte interior
de la capa de galvanizado y se produce un cambio en la tensión
superficial de la capa de superficie. Cuando el grado de este
cambio excede un cierto valor umbral, un fenómeno de sólo la parte
de superficie de caer hacia abajo (deslizarse hacia abajo) se da
periódicamente. El patrón de rayado similar a líneas referido a lo
anterior se supone que resulta de la solidificación en este estado.
En realidad, cuando una sección cruzada de la capa de la superficie
más exterior de la capa de galvanizado se analizó elementalmente
usando ESCA, se confirmó la presencia de una película de óxido
compuesta de Mg, Al y O (oxígeno) (sustancialmente no había Zn
presente) a un grosor desde la superficie de no más de 10 nM (100
\ring{A}) y se encontró que la cantidad de Mg y/o la cantidad de
Al en esta película varía sutilmente con las condiciones de
producción. Esta película de óxido se cita en este documento como
una película de óxido que contiene Mg.
Tomando este punto de vista, la generación de la
película de óxido que contiene Mg debería evitarse más idealmente
totalmente hasta el tiempo en que solidifique la capa de
galvanizado en baño caliente. En una línea de producción actual, sin
embargo, prevenir oxidación del Mg, el cual tiene una afinidad por
el oxígeno extremadamente fuerte, hasta el tiempo en que
solidifique la capa de galvanizado no es fácil y requeriría
equipamiento extra y gasto para realizarlo.
Los inventores por lo tanto dirigen varios
experimentos para encontrar condiciones que permitan que la
pendiente se mantenga a o por debajo de 0,1% incluso si se permite
la formación de película que contiene óxido de Mg. Como un
resultado, los inventores descubrieron que para llevar la pendiente
a no más del 0,1% es útil mantener la concentración de oxígeno del
gas limpiador a no más del 3% en volumen o proporcionar una caja
sellada para aislar de la atmósfera la banda de acero galvanizado
en baño caliente extraída a partir del baño y en el último caso
hacer que la concentración de oxígeno dentro de la caja sellada no
sea mayor que el 8% en volumen.
La figura 12 ilustra esquemáticamente como una
banda de acero 2 se sumerge continuamente a través de un morro 3
dentro de un baño 1 de galvanizado en baño caliente con el sistema
Zn-Al-Mg de acuerdo con la
invención, se desvía en dirección mediante un rollo sumergido 4, y
se extrae verticalmente de forma continua del baño 1 de galvanizado
en baño caliente. El gas limpiador para regular la cantidad de
galvanizado (cantidad aplicada) se sopla de las boquillas
limpiadoras 5 sobre las superficies de la chapa que se extrae
continuamente del baño caliente de galvanizado 1. Las boquillas
limpiadoras 5 son tubos formados con aberturas a reacción e
instaladas en la dirección a lo ancho de la chapa de acero (a partir
del frente a la parte posterior de la chapa dibujada). Soplando el
gas a partir de estas aberturas a reacción uniformemente sobre la
anchura total de la chapa extrayéndose continuamente, las capas de
galvanizado en baño caliente a las superficies de las chapas se
reducen a un espesor prescrito.
Como se explica en detalle más adelante,
dirigiendo una investigación de la relación entre la concentración
de oxígeno del gas que se sopla y la pendiente, se encontró que la
pendiente llega a ser el 0,1% o menos sin fallar cuando la
concentración de oxígeno no es mayor que un 3% en volumen. En otras
palabras, incluso si hasta el 3% en volumen de oxígeno en el gas
limpiador se permite, el patrón similar a líneas de la chapa de
acero galvanizado en baño caliente que contiene Mg se puede mitigar
al punto de no plantear ningún problema en términos de apariencia.
Cuando el gas limpiador se sopla, una superficie reciente en la
capa interior de galvanizado y en gas contactan en la localización
del soplido y el gas pasa hacia abajo y hacia arriba a lo largo de
la chapa de superficie como un flujo pelicular. Cuando la
concentración de oxígeno del gas limpiador excede del 3% en
volumen, el fenómeno del hundimiento de la parte de la capa de
superficie (que se desliza hacia abajo) antes de que solidifique la
capa de galvanizado tiene lugar fácilmente causando que la
pendiente exceda del 0,1%.
La figura 13 ilustra esquemáticamente el mismo
estado como el de la figura 12, excepto para la instalación de una
caja sellada 6 para cortar la chapa extraída del baño caliente de
galvanizado 1 de la atmósfera ambiental. El borde de una parte que
rodea 6a de la caja sellada 6 está sumergido en el baño caliente de
galvanizado 1 y una abertura similar a una hendidura 7 se
proporciona en el centro del techo de la caja sellada 6 para el
paso de la banda de acero 2. Las boquillas limpiadoras 5 se
instalaron dentro de la caja sellada 6. Sustancialmente todo el gas
propulsado a chorro de las boquillas limpiadoras 5 se descarga de
las caja a través de la apertura 7. Se ha encontrado que cuando
este tipo de caja sellada 6 se proporciona, la pendiente se puede
mantener a no más de 0,1% incluso si se permite una concentración
de oxígeno en la caja sellada de hasta un 8% en volumen. Para
mantener la concentración de oxígeno en la caja a no más de un 8%
en volumen, es suficiente con mantener la concentración de oxígeno
a no más del 8% en volumen. Cuando la caja sellada 6 se proporciona
como se muestra en la figura 13, por lo tanto, se puede permitir que
la concentración de oxígeno del gas limpiador soplado desde las
boquillas limpiadoras 5 sea aún más alta que en el caso de la
figura 12.
Por medio de tal regulación de la concentración
de oxígeno del gas limpiador o la atmósfera dentro de la caja
sellada, la morfología de la película de óxido que contiene Mg de
la capa de superficie de galvanizado puede estar formando una
morfología que implica la no aparición de un patrón de rayado
similar a líneas. Se ha encontrado, sin embargo, que la aparición
de un patrón de rayado similar a líneas puede también suprimirse de
forma similar por otros medios que éste, concretamente, por medio
de añadir una cantidad apropiada de Be al baño.
Específicamente, la aparición de un patrón de
rayado similar a líneas se puede suprimir añadiendo una cantidad
apropiada de Be a la composición básica del baño de acuerdo con la
invención. Se conjetura con que la razón para esto es que en la
capa de superficie más exterior del galvanizado en baño caliente no
solidificado que existe en el baño de galvanizado, Be se oxida
preferentemente que Mg, y como un resultado, la oxidación del Mg se
suprime para prevenir la aparición de una película de óxido que
contiene Mg de la naturaleza que produce un patrón de rayado
similar a líneas.
Mientras el patrón de efecto supresor de la
adición de Be empieza con un contenido de Be en el baño de
alrededor de 0,001% en peso y refuerzos con contenidos que se
incrementan, el efecto se satura a aproximadamente 0,05% en peso.
Además, cuando el Be está presente a una concentración mayor que
0,05% en peso, comienza a tener un efecto adverso en la resistencia
a corrosión en la capa de galvanizado. La cantidad de adición de Be
al baño está por lo tanto preferiblemente en el intervalo de
0,001-0,05% en peso. (Dado que el patrón de rayado
tiende a llegar a ser más patente con una cantidad de galvanizado
que se incrementa, es aconsejable cuando se intente suprimir esto
mediante adición de Be regular la cantidad de adición de Be dentro
del citado intervalo basado en la cantidad de galvanizado).
Aunque la supresión del patrón de rayado mediante
adición de Be se puede llevar a cabo independientemente de la
regulación de la concentración de oxígeno del gas limpiador o la
atmósfera en la caja sellada, se puede llevar a cabo también
conjuntamente con el procedimiento de regulación de la concentración
de oxígeno. El efecto de la supresión del patrón de rayado mediante
adición de Be se manifiesta tanto con respecto a un baño Ti/B para
suprimir la generación de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}
como con respecto a un baño al que no se ha añadido Ti/B, sin
afectar severamente la generación de una estructura metálica del
sistema Zn_{2}Mg.
Por lo tanto, igual que una chapa de acero
galvanizada en baño caliente obtenida usando un baño al que se ha
añadido, la invención también proporciona una chapa de acero
galvanizado con ningún patrón de rayado y que tienen buena
resistencia a corrosión y apariencia de superficie que es una chapa
de acero galvanizado en baño caliente obtenida formándose sobre la
superficie de una chapa de acero una capa de galvanizado compuesta
de Al: 4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0%
en peso, Be: 0,001-0,05% en peso, y, según se
requiera, Ti: 0,002-0,1% en peso y B:
0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e impurezas
inevitables, teniendo la capa de galvanizado una estructura
metálica que incluye una [fase cristalina primaria de Al] o una
[fase cristalina primaria de Al] y una [fase de Zn sólo] en una
matriz de [estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente (anchura:
3,2 mm) de acero de medio de carbono.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción en la línea:
600ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-40ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 4,0-9,2% en peso, Mg =
0-5,2% en peso, resto = Zn.
Temperatura del baño de lavado:
455ºC.
Periodo de inmersión de una banda de acero en
baño de galvanizado:
3 segundos.
Velocidad de enfriamiento después del
galvanizado: (valor promedio de la temperatura del baño a la
temperatura de solidificación de la capa de galvanizado; lo mismo
en los siguientes ejemplos):
3ºC/s o 12ºC/s por medio del procedimiento del
enfriamiento con aire.
La banda de acero galvanizada en baño caliente
con Zn-Al-Mg se produjo bajo las
siguientes condiciones. La cantidad de óxido (desecho) generada en
la superficie del baño en este momento se observó y se probó
resistencia a corrosión de la chapa de acero galvanizada en baño
caliente obtenida. La resistencia a corrosión se evaluó en base a
la pérdida de corrosión (g/m^{2}) después de dirigir SST (prueba
de pulverizar agua salada de acuerdo con
JIS-Z-2371) durante 800 horas. La
cantidad de generación de desecho se observó visualmente y se
calificó X para una gran cantidad, \Box para una cantidad mayor y
\circledcirc para una pequeña cantidad. Los resultados se
muestran en la tabla 1.
A partir de los resultados en la tabla 1, se
puede ver que la resistencia a corrosión mejora rápidamente según
el contenido en Mg alcanza y excede el 1% pero se saturan cuando se
añade un 4% o más. También se puede ver que a un contenido en Mg
que excede el 4%, se incrementa el óxido (desecho) en la superficie
del baño incluso si está contenido Al. A una velocidad de
enfriamiento de 3ºC/s, la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2}
cristaliza y estas partes se corroen preferencialmente.
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente (anchura:
1,6 mm) de acero de carbono medio.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción en la línea:
600ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-40ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 0,15-13,0% en peso, Mg =
3,0% en peso, resto = Zn
Temperatura del baño de galvanizado:
460ºC.
Periodo de inmersión:
3 segundos.
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
12ºC/s mediante el procedimiento de enfriamiento
por aire.
Se produjo una banda de acero galvanizado con
Zn-Al-Mg bajo las condiciones
mencionadas. La chapa de acero galvanizado en baño caliente obtenida
se probó para ver su resistencia a la corrosión y adherencia. Como
en el ejemplo 1, la resistencia a corrosión se evaluó en base a la
pérdida por corrosión (g/m^{2}) después de dirigir SST durante
800 horas. La adherencia se evaluó mezclando estrechamente una
muestra, sometiendo a la parte de mezcla a una prueba de peladura
del revestimiento con banda adhesiva, y se calificó la carencia de
peladura del revestimiento como \circledcirc, menos del 5% de
peladura del revestimiento como \Box y una peladura del
revestimiento mayor como X. Los resultados se muestran en la tabla
2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Como se puede ver a partir de los resultados en
la tabla 2, la resistencia a corrosión es excelente a un contenido
de Al de no menos de 4,0% pero la adherencia es mala por encima del
10%. Esto está causado por el desarrollo anormal de una capa de
aleación (capa de aleación Fe-Al).
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente de acero
débilmente desgasificado (desoxidado en línea; grosor: 2,3 mm)
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción:
580ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-30ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 4,8-9,6% en peso, Mg =
1,1-3,9% en peso, resto = Zn
Temperatura del baño de galvanizado:
390-535ºC.
Periodo de inmersión:
8 segundos o menos.
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
3-11ºC/s mediante el
procedimiento de enfriamiento por aire.
Se produjo primero una banda de acero galvanizado
bajo las mencionadas condiciones usando una composición del baño
Zn-6,2%Al-3,0%Mg, mientras varían la
temperatura del baño de galvanizado y la velocidad de enfriamiento
tras el galvanizado. Se examinó la estructura y apariencia de la
capa de galvanizado de la chapa de acero galvanizado obtenida. Los
resultados se muestran en la tabla 3.
Entre las estructuras de las capas de galvanizado
en la tabla 3, que se representan por [Zn_{2}Mg] está la
estructura metálica definida mediante la invención, es decir, una
estructura metálica de [fase cristalina primaria de Al] o de [fase
cristalina primaria de Al] y [fase de Zn sólo] en una matriz de
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg], en la que
realmente el total de [fase cristalina primaria de Al] y
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] no es menor del
80% en volumen y el total de [fase de Zn sólo] no es más del 15% en
volumen.
Adicionalmente, [Zn_{2}Mg + Zn_{11}Mg_{2}]
en la tabla 3 representa una estructura de fase del sistema de
Zn_{11}Mg_{2} de tamaño visiblemente distinguible, como el que
se muestra en la figura 5, en la estructura del sistema Zn_{2}Mg.
Como se muestra en la figura 6, esta fase del sistema de
Zn_{11}Mg_{2} similar a manchas es una fase similar a manchas de
[cristal primario de Al] o de [cristal primario de Al] y [fase de
Zn sólo] incluida en una matriz de [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg]. Como la fase del sistema de Zn_{11}Mg_{2}
similar a manchas es más brillante que la fase circundante, forma
un patrón perceptible. Cuando se deja permanecer cubierta durante
más de 24 horas, esta parte se oxida por delante de las otras partes
y se decolora a marrón claro, haciéndola sobresalir incluso más. La
evaluación de la apariencia en la tabla 3 se hizo por lo tanto
observando visualmente la superficie inmediatamente después de
galvanizar y 24 horas después de galvanizar. Dependiendo de si
cristaliza o no la fase del sistema de Zn_{11}Mg_{2}, la
apariencia se evaluó irregular si las manchas se observaron
visualmente y regular si no se observaron manchas visualmente.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
A partir de los resultados en la tabla 3, se
puede ver que cuando la temperatura del baño está por debajo de
470ºC y la velocidad de enfriamiento es baja (por debajo de
10ºC/s), la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} aparece y hace a la
apariencia irregular. Por otra parte, incluso cuando la temperatura
del baño está por debajo de 470ºC, sustancialmente la [fase
cristalina primaria de Al] y la [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg] se obtiene y una apariencia regular se muestra si
la velocidad de enfriamiento es alta (no menos de 10ºC/s). De forma
similar, a una temperatura del baño de 470ºC o mayor,
sustancialmente la [fase cristalina primaria de Al] y la
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] se obtuvo y se
muestra una apariencia lisa incluso si la velocidad de enfriamiento
es baja.
Adicionalmente, se produjo de forma similar una
banda de acero galvanizado, excepto por cambiar la composición del
baño a Zn-4,3%Al-1,2%Mg,
Zn-4,3%Al-2,6%Mg o
Zn-4,3%Al-3,8%Mg, mientras que varía
la temperatura del baño de galvanizado y la velocidad de
enfriamiento después del galvanizado en la manera de la tabla 3. La
estructura y apariencia de la capa de galvanizado de la chapa de
acero galvanizado obtenida se examinaron como en los ejemplos
precedentes. Se obtuvieron exactamente los mismos resultados que se
muestran en la tabla 3. La banda de acero galvanizado en baño
caliente se produjo de manera similar, excepto por que cambia la
composición del baño a
Zn-6,2%Al-1,5%Mg o
Zn-6,2Al-3,8%Mg, mientras que varía
la temperatura del baño de galvanizado y la velocidad de
enfriamiento tras el galvanizado en la forma de la tabla 3. La
estructura y apariencia de la capa de galvanizado de la chapa de
acero galvanizado obtenida se examinó como en los ejemplos
precedentes. Se obtuvieron exactamente los mismos resultados que se
muestran en la tabla 3. La banda de acero galvanizado en baño
caliente se produjo también de forma similar, excepto por que
cambia la composición del baño a
Zn-9,6Al-1,1%Mg,
Zn-9,6%Al-3,0%Mg o
Zn-9,6%Al-3,9%Mg, mientras que varía
la temperatura del baño de galvanizado y la velocidad de
enfriamiento tras el galvanizado en la forma de la tabla 3. La
estructura y apariencia de la capa de galvanizado de la chapa de
acero galvanizado se examinó como en los ejemplos precedentes. Se
obtuvieron exactamente los mismos resultados que se muestran en la
tabla 3. Estos resultados están consolidados en la figura 10. Si se
adopta la temperatura del baño y la velocidad de enfriamiento en la
región incubada mostrada en la figura 10, entonces, mediante la
composición básica del baño de acuerdo con la invención, se obtiene
una capa de galvanizado de una estructura metálica que se compone
sustancialmente de la [fase cristalina primaria de Al] y la
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] o de estas más una
pequeña cantidad de [fase de Zn sólo]. Como un resultado, se puede
obtener allí una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que tiene una capa de
galvanizado excelente en resistencia a corrosión y apariencia de
superficie.
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo-NOF
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en frío (grosor: 0,8 mm)
de acero débilmente desgasificado.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción:
780ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-25ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 4,5-9,5% en peso, Mg =
1,5-3,9% en peso, resto = Zn
Temperatura del baño de galvanizado:
400-590ºC.
Periodo de inmersión:
3 segundos.
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
3-11ºC/s mediante el
procedimiento de enfriamiento por aire.
Se produjo una banda de acero galvanizado bajo
las mencionadas condiciones y se examinó la adherencia del
galvanizado de la chapa de acero galvanizado obtenida. Los
resultados se muestran en la tabla 4. La adherencia del galvanizado
se evaluó como en el ejemplo 2.
A partir de los resultados en la tabla 4, se
puede ver que en el intervalo de composición del baño de la
invención la adherencia del galvanizado es pobremente independiente
de la velocidad cuando la temperatura del baño es más alta que
550ºC.
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente de acero
débilmente desgasificado (desoxidado en línea), grosor: 2,3 mm.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción:
580ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-30ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 6,2% en peso
Mg = 3,0% en peso
Ti = 0-0,135% en peso
B = 0-0,081% en peso
Resto = Zn
Temperatura del baño de galvanizado:
450ºC.
Periodo de inmersión:
4 segundos o menos.
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
4ºC/s mediante el procedimiento de enfriamiento
por aire.
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg (Ti/B) se produjo bajo
las condiciones precedentes. Se investigó la estructura y apariencia
de superficie de la capa de galvanizado de la chapa de acero
galvanizado obtenida. Los resultados se muestran en la tabla 5.
Entre las estructuras de capas de galvanizado
mostradas en la tabla 5, aquellas que se representan como
[Zn_{2}Mg] se componen de [fase cristalina primaria de Al] y
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] en un total de no
menos de un 80% en volumen y [fase de Zn sólo] en una cantidad de
no más del 15% en volumen. Las representadas como [Zn_{2}Mg +
Zn_{11}Mg_{2}] son aquellas en las cuales una fase del sistema
Zn_{2}Mg similar a manchas aparece en una estructura que tiene
fase del sistema Zn_{2}Mg a un tamaño visiblemente distinguible.
Como la fase del sistema Zn_{2}Mg similar a manchas es más
brillante que la fase que la rodea, esta forma un patrón
perceptible. Cuando se deja permanecer cubierta durante
aproximadamente 24 horas, esta parte se oxida por delante de las
otras partes y se decolora a marrón claro, haciéndola sobresalir
incluso más. En la evaluación de la apariencia en la figura 5,
mancha [SÍ] y mancha [NO] indican aquellos caso en los cuales las
manchas de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} se encontraron o
no se encontraron bajo observación visual en la superficie
inmediatamente después de galvanizar y 24 horas después de
galvanizar. Protuberancia (SÍ) indica aquellos casos en los que se
formaron irregularidades en la capa de galvanizado debiéndose a
precipitados que crecen hasta un gran tamaño en la capa de
galvanizado.
A partir de los resultados en la tabla 5, se
puede ver que la adición de Ti/B impide la cristalización de las
manchas de la fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} para proporcionar
unas buenas condiciones de superficie. De particular importancia es
que este efecto es ligero mediante B solo y que el efecto es
manifiesto combinando la adición de Ti y B. Sin embargo, las
protuberancias aparecen degradando las condiciones de superficie
cuando el contenido de Ti/B está por encima del intervalo prescrito
por la invención.
La producción estuvo repetidamente bajo las
mismas condiciones que aquellas del ejemplo 5 excepto que la
composición del baño de galvanizado se cambió a las siguientes
(1)-(5), a saber:
| (1) | Al = 4,0% en peso |
| Mg = 1,2% en peso | |
| Ti = 0-0,135% en peso | |
| B = 0-0,081% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (2) | Al = 4,2% en peso |
| Mg = 3,2% en peso | |
| Ti = 0-0,135% en peso | |
| B = 0-0,081% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (3) | Al = 6,2% en peso |
| Mg = 1,1% en peso | |
| Ti = 0-0,135% en peso | |
| B = 0-0,081% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (4) | Al = 6,1% en peso |
| Mg = 3,9% en peso | |
| Ti = 0-0,135% en peso | |
| B = 0-0,081% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (5) | Al = 9,5% en peso |
| Mg = 3,8% en peso | |
| Ti = 0-0,135% en peso | |
| B = 0-0,081% en peso | |
| Resto = Zn |
Como un resultado, los galvanizados de
exactamente la misma estructura de galvanizado y evaluación de
apariencia como aquellos galvanizados con los contenidos de
Ti/contenidos de B mostrados en la tabla 5 se obtuvieron también
cuando el contenido de Al y el contenido de Mg se variaron en la
forma de (1)-(5). En otras palabras, se encontró que el resultado de
la adición de Ti y B se manifiesta en el intervalo de adición de Al
y Mg definido por la invención independiente de la cantidad de Al y
la cantidad de Mg.
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente de acero
débilmente desgasificado (desoxidado en línea), grosor: 2,3 mm.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción:
580ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-30ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 6,2% en peso
Mg = 3,0% en peso
Ti = 0-0,030% en peso
B = 0-0,015% en peso
Resto = Zn
Temperatura del baño de galvanizado:
390-500ºC
Periodo de inmersión:
5 segundos o menos
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
0,5-10ºC/s mediante el
procedimiento de enfriamiento por aire.
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg (Ti/B) se produjo bajo
las condiciones precedentes, mientras que varía la temperatura del
baño y la velocidad de enfriamiento tras el galvanizado. Se
investigó la estructura y apariencia de superficie del galvanizado
en la chapa de acero galvanizado obtenida. Los resultados se
muestran en la tabla 6. La designación de estructura de galvanizado
y la presencia/ausencia de manchas en la evaluación de la
apariencia en la tabla 6 son las mismas que aquellas explicadas con
respecto a la tabla 5.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
A partir de los resultados en la tabla 6, se
puede ver que, comparado con los galvanizados a los que no se ha
añadido Ti/B, aquellos a los que se ha añadido Ti/B no sufren
manchas de fase del sistema Zn_{11}Mg_{2} incluso a una
temperatura baja/velocidad de enfriamiento lenta. Específicamente,
si se lleva a cabo el tratamiento de galvanizado a una temperatura
del baño y a una velocidad de enfriamiento en la región de
incubación que se muestra en la figura 11, aquellos a los que se
añade Ti/B sustancialmente llegan a ser [fase cristalina primaria
de Al] y [estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg],
proporcionando así un producto que muestra apariencia uniforme sin
manchas del sistema Zn_{11}Mg_{2}. En contraste, en el caso de
ninguna adición de Ti/B, las manchas de la fase del sistema
Zn_{11}Mg_{2} aparecen menos, como se ve en la figura 11, la
temperatura del baño se hace, preferiblemente, no menor de 470ºC o,
por debajo de 470ºC, si la velocidad de enfriamiento se hace
10ºC/segundo o mayor.
Equipamiento de procesamiento:
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo Sendzimir.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente (anchura:
1,6 mm) de acero de carbono medio.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción en la línea:
600ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-40ºC.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 0,15-13,0% en peso
Mg = 3,0% en peso
Ti = 0,05% en peso
B = 0,025% en peso
Resto = Zn.
Temperatura del baño de galvanizado:
440ºC.
Periodo de inmersión:
3 segundos.
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
4ºC/s mediante el procedimiento de enfriamiento
por aire.
Se produjo una banda de acero galvanizado con
Zn-Al-Mg (Ti/B) bajo las condiciones
precedentes. La chapa de acero galvanizado obtenida se probó en su
resistencia a corrosión y adherencia de la misma manera que en el
ejemplo 2. Los resultados se muestran en la tabla 7.
Como se puede ver a partir de los resultados en
la tabla 7, la resistencia a corrosión es excelente a un contenido
en Al de no menos del 4,0% pero la adherencia es peor a un
contenido en Al por encima del 10%. Esto se puede contemplar como
que se causa por desarrollo anormal de una capa de aleación (capa
de aleación Fe-Al).
Respecto al patrón de rayado similar a líneas en
la superficie de la capa de galvanizado y supresión del mismo. Este
ejemplo se refiere a un caso en el cual un gas mezclado de gas
nitrógeno y aire se usó como un gas limpiador, sin una caja
sellada.
Se produjo una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg bajo las
siguientes condiciones y la pendiente en la superficie de la chapa
de acero galvanizado en baño caliente obtenida se calculó de
acuerdo con la ecuación (1).
Equipamiento de procesamiento:
Toda la línea continua de galvanizado en baño
caliente de tipo tubo radiante.
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en caliente (anchura:
1,6 mm) de acero de carbono medio desgasificado con aluminio.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción en la línea:
600ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-30ºC.
Temperatura del baño de galvanizado:
400ºC.
Periodo de inmersión:
4 segundos.
Gas limpiador:
Gas nitrógeno + aire (oxígeno ajustado a
0,1-12% en volumen).
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
8ºC/s mediante el procedimiento de enfriamiento
por aire.
Cantidad de galvanizado:
50, 100, 150 ó 200 g/m^{2}
Composición del baño de galvanizado:
Al = 6,2% en peso
Mg = 3,5% en peso
Ti = 0,01% en peso
B = 0,002% en peso
Resto = Zn.
La tabla 8 muestra para cada una de las
cantidades de galvanizado expuestas anteriormente la pendiente
medida de varias chapas de acero galvanizado obtenidas variando la
razón de mezcla del nitrógeno y aire (variando la concentración de
oxígeno) del gas limpiador. La evaluación del patrón de rayado
similar a líneas en la tabla estima el grado observado visualmente
del patrón en tres niveles: no se observa ningún patrón en absoluto
o se observa un patrón extremadamente ligero que no causa ningún
problema en absoluto con respecto a la apariencia, se indica
mediante marcas \Box; el patrón observado pero no muy grande se
indica mediante marcas \Box, y el patrón claramente observado se
indica mediante marcas X.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Como se puede ve a partir de los resultados en la
tabla 8, la pendiente no fue más de 0,1% y se obtuvo una chapa de
acero galvanizado sin ningún problema en apariencia en todas las
cantidades de galvanizado en la medida en que la concentración de
oxígeno del gas limpiador no se hizo mayor del 3% en volumen. El
caso de una cantidad de galvanizado de 50 g/m^{2} fue, sin
embargo, un caso especial en el cual una concentración de oxígeno
del gas hasta el 5% en volumen fue permisible.
Respecto al patrón de rayado similar a líneas
sobre la superficie de galvanizado y la supresión del mismo. Este
ejemplo se refiere a un caso en el cual el gas de la combustión se
usó como gas de limpieza, sin una caja sellada.
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg se produjo bajo las
siguientes condiciones, y la pendiente de la superficie de la chapa
de acero galvanizado en baño caliente se calculó de acuerdo con la
ecuación (1).
Línea continua de galvanizado en punto caliente
de tipo-NOF
Chapa de acero procesada:
Banda de acero enrollada en frío (grosor: 0,8 mm)
de acero débilmente desgasificado.
Temperatura máxima alcanzada por la chapa en el
horno de reducción:
780ºC.
Punto de condensación de la atmósfera en el horno
de reducción:
-25ºC.
Temperatura de galvanizado del baño
450ºC
Periodo de inmersión:
3 segundos
Gas limpiador:
Gas residuo de la combustión a partir de un horno
de no oxidación (varió en concentración de oxígeno).
Velocidad de enfriamiento tras el
galvanizado:
12ºC/s mediante el procedimiento de enfriamiento
por aire.
Cantidad de galvanizado:
50, 100, 150 ó 200 g/m^{3}.
Composición del baño de galvanizado:
Al = 9,1% en peso
Mg = 2,0% en peso
Ti = 0,02% en peso
B = 0,004% en peso
Resto = Zn.
La tabla 9 muestra para cada una de las
cantidades de galvanizado anteriormente expuestas las pendientes
medidas de varias chapas de acero galvanizado obtenidas variando la
concentración de oxígeno del gas residuo de la combustión usado como
el gas limpiador. (La concentración de oxígeno del gas residuo de
la combustión se varió como se indicó combinando la variación de la
razón aire/combustible del horno de no-oxidación
con lo que queda después de quemar del gas residual de la
combustión). La evaluación del patrón de rayado similar a líneas en
la tabla es la misma que en el ejemplo 8.
Debido a la variación de la tasa de
aire/combustible del horno de no-oxidación y la
variación de las condiciones de gas residual de la combustión que
queda después de quemar, la concentración de dióxido de carbono y
la concentración de vapor del gas residual también varía. Los
intervalos de variación son como sigue:
Concentración de oxígeno: 0,1-12%
en volumen.
Concentración de dióxido de carbono:
0,3-10% en volumen.
Concentración de vapor: 1,5-5,3%
en volumen.
Como se puede ver a partir de los resultados en
la tabla 9, la pendiente no fue más del 0,1% y una chapa de acero
galvanizado sin problema aparente se obtuvo a todas las cantidades
de galvanizado incluso cuando el gas residual de combustión que
contiene dióxido de carbono y vapor se usó como el gas limpiador, en
la medida en que la concentración de oxígeno del gas se hizo no
mayor del 3% en volumen. A partir de esto es obvio que lo que
afecta la morfología de la película del óxido que contiene Mg que
influencia la pendiente es el oxigeno libre, de tal forma que si no
el oxigeno en el CO_{2} y/o el oxígeno en el agua sino la
concentración de oxígeno libre se puede mantener a no más del 0,1%.
El caso de una cantidad de galvanizado de 50 g/m^{2} fue, sin
embargo, un caso especial en el cual una concentración de oxígeno
del gas limpiador superior al 5% en volumen fue permisible.
Respecto al patrón de rayado similar a líneas
sobre la superficie de galvanizado y la supresión del mismo. Este
ejemplo se refiere a un caso en el cual se instaló una caja sellada
y el gas residual de la combustión se sopló desde las boquillas
limpiadoras dentro de la caja sellada.
La caja sellada 6 se instaló para alojar las
boquillas limpiadoras 5 en ella como se muestra en la figura 13 y
la concentración de oxígeno del gas residual de la combustión
soplado desde las boquillas del gas limpiador 5 se varió como en el
caso del ejemplo 9. Se confirmó mediante medida del análisis de gas
que la concentración de oxígeno del gas limpiador y la
concentración de oxígeno de la caja sellada están en una
correlación muy estrecha. Se puede asumir por lo tanto que durante
la operación el interior de la caja sellada se mantiene a una
atmósfera gaseosa de la misma composición que el gas limpiador.
Se hicieron sustancialmente las mismas
condiciones de galvanizado y la composición del baño sustancialmente
que en el caso del ejemplo 9 y la pendiente se midió a cada
cantidad de galvanizado para las chapas de acero obtenidas variando
la concentración de oxígeno del gas limpiador. Se obtuvieron los
resultados de la tabla 10. En la tabla 10 "concentración de
oxígeno en la caja sellada" se muestra el valor medido de la
concentración de oxígeno del gas limpiador. Debido a la variación
de las condiciones razón del aire del horno de no
oxidación/combustible y gas residual de la combustión después de
quemar, la concentración de dióxido de carbono y la concentración
de vapor del gas residual también varía. Los intervalos de variación
fueron los mismos que aquellos en el caso del ejemplo 9.
Como se puede ver a partir de los resultados en
la tabla 10, la pendiente no fue de más de 0,1 y se obtuvo una
chapa de acero galvanizado sin aparición de problemas a todas las
cantidades de galvanizado incluso cuando gas residual de la
combustión que contiene dióxido de carbono o vapor se usó como el
gas limpiador, en la misma medida que la concentración de oxígeno
del gas limpiador y, de acuerdo con ello, la concentración de
oxígeno en la caja sellada se hizo no superior al 8%. A partir de
esto es obvio que lo que afecta la morfología de la película de
óxido que contiene Mg que influye a la pendiente es el oxígeno
libre, de tal forma que si no el oxigeno en el CO_{2} y/o el
oxígeno en el agua sino la concentración de oxígeno libre se
mantiene a partir de que excede el 3% en volumen, la pendiente se
puede mantener a no más del 0,1.
Este ejemplo es un ejemplo de medida de la
pendiente. Aunque las medidas de la pendiente de las tablas
8-10 se dirigieron como se explica en el texto, un
ejemplo actual de medida se expondrá en lo siguiente.
La figura 14 muestra un ejemplo de una curva
ondulante medida de una superficie de una chapa de acero
galvanizado. La medida para este gráfico se hizo en la dirección
del avance de la chapa (en dirección a lo largo de la banda de
acero) con un instrumento de medida de tipo trazador que mide la
rugosidad de la forma de la superficie. Se tomo la longitud de
referencia (L) como 250 x 10^{3} \mum (250 mm).
Una línea central se dibujó a través de la curva
ondulante, y
Altura de cada pico hasta la línea central =
m_{1}
Número de picos dentro de L = Nm
Profundidad de cada valle a la línea central =
V_{1}
Número de valles dentro de L = V_{m}
se obtuvieron. A partir de esto se calcularon
Altura media de los picos M = \mum_{1}/Nm
Profundidad media de los valles V =
\muv_{1}/Vm
Inclinación media = L/Nm.
A partir de esto se calculó la elevación
diferencial media = [M + V]. La elevación diferencial media se
dividió mediante la inclinación media y el resultado se representó
como % para obtener la pendiente. Cuando simplificamos, esta
operación viene a ser: Pendiente (%) = 100 x Nm x (M + V)/L.
Tomando un ejemplo específico, en el caso de la
chapa de galvanizado de la tabla 8 obtenida con una cantidad de
galvanizado = 150 g/m^{2} y concentración de oxígeno en el gas
limpiador = 5,0% en volumen.
A L = 250 x 10^{3} \mum, \mum_{1}= 172
\mum,
Nm = 25,
EV_{1} = 137 \mum,
se calculó Vm = 25,
Elevación diferencial media (M + V) = 12,4
\mum,
e inclinación media = 10 x 10^{3} \mum.
Así, se calculó pendiente = 0,12%.
La figura 15 muestra la correlación entre la
pendiente determinada en la manera precedente y la elevación visual
del patrón de rayado similar a líneas. En la parte superior de la
figura 15 se muestra la relación entre el valor de la pendiente (y
también la elevación diferencial media y la inclinación media) y la
elevación visual explicada en el ejemplo 8. Esto se ilustra
gráficamente al fondo de la figura 15. A partir de la figura 15 se
puede ver que una chapa de acero galvanizado con una pendiente de
no más de 0,10% es un producto industrial con un patrón de rayado
no similar a líneas.
Respecto al patrón de rayado similar a líneas en
la superficie de la capa de galvanizado y supresión del mismo. Este
ejemplo muestra la relación entre la cantidad de adición de Be y el
patrón de rayado.
Una chapa de acero galvanizado con
Zn-Al-Mg se produjo bajo las
siguientes condiciones y el grado del patrón de rayado que aparece
en la superficie de la chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg obtenida se estima
visualmente en cuatro niveles. La evaluación estándar fue como
sigue:
Patrón de rayado fuerte (ejemplo típico mostrado
en la figura 16, fotografía (a))... indicada por marcas X.
Patrón de rayado medio (ejemplo típico mostrado
en la figura 16, fotografía (b))... indicada por marcas \Box.
Patrón de rayado débil (ejemplo típico mostrado
en la figura 16, fotografía (c))... indicada por marcas O.
Ningún patrón de rayado (ejemplo típico mostrado
en la figura 16, fotografía (d))... indicada por marcas
\circledcirc.
Las fotografías de 16 (a)-(d) están todas
reducidas un 65% en relación a los artículos actuales (6,5 mm en
las fotografías son realmente 10 mm) y se fotografiaron con la
iluminación dirigida en los ángulos derechos a los patrones de
rayado similares a líneas (dirección de galvanizado = dirección a lo
largo de las citas de acero) tal que los patrones de banda se
fotografiarían bien.
Equipamiento de procesamiento:
Simulador de galvanizado continuo en baño
caliente.
Chapa de acero procesada:
Chapa de acero desgasificado débilmente (grosor:
0,8 mm).
Velocidad de paso:
50 m/min.
Temperatura del baño de galvanizado:
400ºC
Periodo de inmersión:
3 s
Gas de limpieza:
Concentración del oxígeno de 5% en volumen, resto
de gases nitrógeno y del sistema de nitrógeno.
Posición de la boquilla limpiadora:
100 mm sobre el baño
Composición del baño de galvanizado:
Al = 5,8% en peso
Mg = 3,1% en peso
Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso
Resto = Zn.
Con respecto a cada uno de los baños de
galvanizado que varían en contenido Be como se muestra en la figura
11, la cantidad de galvanizado se controló regulando la presión del
gas limpiador propulsado a chorro.
Los patrones de rayado que aparecen en las chapas
de acero galvanizado se calificaron según la evaluación de
apariencia de superficie en la tabla 11.
Como se puede ver a partir de los resultados en
tabla 11, más grande era la cantidad de galvanizado, más destacaba
el patrón de rayado. A cada cantidad de galvanizado, el patrón de
rayado se disminuyó mediante adición de Be. Se ha podido ver que
este efecto aparece a un contenido en Be de alrededor de 0,001% en
peso y que el grado de evaluación se eleva incrementando la adición
de Be pero el efecto se satura sustancialmente a aproximadamente
0,05% en peso.
El ejemplo 12 se repitió excepto en que la
composición del baño de galvanizado se cambió a las siguientes
(1)-(7). El resultado fue que se obtuvieron exactamente las mismas
evaluaciones de apariencia de superficie en la tabla 11 para todas
las composiciones del baño.
| (1) | Al = 5,8% en peso |
| Mg = 1,5% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (2) | Al = 9,5% en peso |
| Mg = 3,6% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn |
| (3) | Al = 9,5% en peso |
| Mg = 1,2% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (4) | Al = 5,8% en peso |
| Mg = 3,1% en peso | |
| Ti = 0-0,3% en peso | |
| B = 0,006% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (5) | Al = 5,8% en peso |
| Mg = 1,5% en peso | |
| Ti = 0,03% en peso | |
| B = 0,006% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (6) | Al = 9,5% en peso |
| Mg = 3,6% en peso | |
| Ti = 0,01% en peso | |
| B = 0,002% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (7) | Al = 9,5% en peso |
| Mg = 1,2% en peso | |
| Ti = 0,01% en peso | |
| B = 0,002% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn |
El ejemplo 12 se repitió excepto que las
condiciones de galvanizado se cambiaron como sigue. Los patrones de
rayado que aparecieron sobre las chapas de acero galvanizado se
evaluaron por el mismo procedimiento que en el ejemplo 12. Los
resultados se muestran en la tabla 12.
Equipamiento de procesamiento:
Simulador de galvanizado continuo en baño
caliente.
Chapa de acero procesada:
Chapa de acero desgasificado débilmente (grosor:
0,5 mm).
Velocidad de paso:
100 m/min.
Temperatura del baño de galvanizado:
420ºC
Periodo de inmersión:
2 s
Gas de limpieza:
Aire.
Posición de la boquilla limpiadora:
150 mm sobre el baño
Composición del baño de galvanizado:
Al = 6,5% en peso
Mg = 1,1% en peso
Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso
Resto = Zn.
Como se puede ver a partir de los resultados en
la tabla 12, más grande era la cantidad de galvanizado, más
destacaba el patrón de rayado. A cada cantidad de galvanizado, sin
embargo, el patrón de rayado se disminuyó mediante adición de Be.
Se ha podido ver que este efecto aparece a un contenido en Be de
alrededor de 0,001% en peso.
El ejemplo 13 se repitió excepto en que la
composición del baño de galvanizado se cambió a las siguientes
(1)-(3). El resultado fue que se obtuvieron exactamente las mismas
evaluaciones de apariencia de superficie que en la tabla 12 para
todas las composiciones del baño.
\vskip1.000000\baselineskip
| (1) | Al = 6,5% en peso |
| Mg = 2,6% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (2) | Al = 6,5% en peso |
| Mg = 2,6% en peso | |
| Ti = 0,02% en peso | |
| B = 0,004% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn | |
| (3) | Al = 6,5% en peso |
| Mg = 1,1% en peso | |
| Ti = 0,02% en peso | |
| B = 0,004% en peso | |
| Be = 0, 0,0006, 0,001, 0,015 ó 0,05% en peso | |
| Resto = Zn |
Este ejemplo muestra la resistencia a corrosión
de chapas de acero galvanizado usando un baño de adición de Be.
La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg se produjo bajo las
siguientes condiciones. Se examinó la resistencia a corrosión de la
chapa de acero galvanizado con baño caliente. La resistencia a
corrosión se evaluó en base a la pérdida por corrosión (g/m^{2})
después de dirigir SST (prueba de pulverizar con agua salada de
acuerdo con JIS-Z-2371) durante 800
horas. Los resultados se muestran en la tabla 13.
Equipamiento de procesamiento:
Simulador de galvanizado continuo en baño
caliente.
Chapa de acero procesada:
Chapa de acero desgasificado débilmente (grosor:
0,8 mm).
Velocidad de paso:
70 m/min.
Temperatura del baño de galvanizado:
400ºC
Periodo de inmersión:
3 s
Gas de limpieza:
5% en volumen O_{2} + resto de N_{2}
Posición de la boquilla limpiadora:
100 mm sobre el baño
Cantidad de galvanizado por cara:
150 g/m^{2}
Composición del baño de galvanizado:
Al = 6,2% en peso
Mg = 2,8% en peso
Ti = 0,01% en peso
B = 0,002% en peso
Be = 0, 0,001, 0,02, 0,04, 0,06 ó 0,08% en
peso
Resto = Zn.
Como se puede ver a partir de la tabla 13, la
adición de Be hasta 0,05% en peso no tiene efecto sobre la
resistencia a corrosión.
Como se explica en lo precedente, la presente
invención proporciona una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg excelente en
resistencia a corrosión y apariencia de superficie y un
procedimiento ventajoso de producir lo mismo. Debido a esta
excelente resistencia a la corrosión, la invención permite la
expansión en campos nuevos de aplicación no conseguibles mediante
chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg convencional.
Claims (21)
1. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg con buena
resistencia a corrosión y apariencia de superficie que es una chapa
de acero galvanizado en baño caliente a base de Zn obtenida
formando sobre una superficie de una chapa de acero una capa de
galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg compuesta de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso y el resto de Zn e impurezas inevitables, teniendo la capa de
galvanizado una estructura metálica que incluye una [fase
cristalina primaria de Al] en una matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
2. La chapa de acero galvanizado en baño caliente
con Zn-Al-Mg de acuerdo con la
reivindicación 1 en el que dicha estructura metálica incluye
adicionalmente una [monofase de Zn] en dicha matriz de [estructura
ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
3. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg de acuerdo con
la reivindicación 1 ó 2, en la que la estructura metálica de la capa
de galvanizado incluye una cantidad total de la [fase cristalina
primaria de Al] y la [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg]: no menos del 80% en volumen, y [monofase de Zn]:
no mayor de 15% en volumen (incluyendo 0% en volumen).
4. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg de acuerdo con
la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que la estructura metálica de la
capa de galvanizado no contiene matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] per se ni esta matriz incluye
una [fase cristalina primaria de Al] o un [cristal primario de Al]
y una [monofase de Zn], en una cantidad que es observable como
manchas a simple vista.
5. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg, con buena resistencia a
corrosión y apariencia de superficie que es un procedimiento de
producción de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg usando un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 4,0-10% en peso, Mg:
1,0-4,0% en peso y el resto de Zn e impurezas
inevitables, caracterizado por controlar una temperatura del
baño de galvanizado a no menos del punto de fusión y menor de 470ºC
y una velocidad de enfriamiento hasta la terminación de
solidificación de la capa de galvanizado a no menos de 10ºC/s.
6. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que la temperatura del baño de galvanizado
no es menor que el punto de fusión y no es mayor de 450ºC y la y la
velocidad de enfriamiento no es menor de 12ºC/s.
7. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con buena resistencia a corrosión
y apariencia de superficie que es un procedimiento de producción de
una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg compuesta de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso y el resto de Zn e impurezas inevitables, caracterizado
por controlar una temperatura del baño de galvanizado a no menos de
470ºC y una velocidad de enfriamiento hasta la terminación de la
solidificación de la capa de galvanizado a no menos de 0,5ºC/s.
8. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente de acuerdo con la reivindicación
5, 6 ó 7, en el que la capa de galvanizado de la chapa de acero
galvanizado tiene una estructura metálica que incluye una [fase
cristalina primaria de Al] o una [fase cristalina primaria de Al] y
una [monofase de Zn] en una matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
9. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con un sistema Zn-Al-Mg,
con buena resistencia a corrosión y apariencia de superficie que es
una chapa de acero galvanizado en baño caliente básicamente con Zn
obtenida formando sobre una superficie de una chapa de acero una
capa de galvanizado compuesta de Al: 4,0-10% en
peso, Mg: 1,0-4,0% en peso, Ti:
0,002-0,1% en peso, B: 0,001-0,045%
en peso y el resto de Zn e impurezas inevitables, la capa de
galvanizado que tiene una estructura metálica incluye una [fase
cristalina primaria de Al] en una matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
10. La chapa de acero galvanizado en baño
caliente con un sistema Zn-Al-Mg de
acuerdo con la reivindicación 9 en la que dicha estructura metálica
incluye adicionalmente una [monofase de Zn] en dicha matriz de
[estructura ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
11. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg de acuerdo con
la reivindicación 9 ó 10, en la que la estructura metálica de la
capa de galvanizado incluye una cantidad total de la [fase
cristalina primaria de Al] y la [estructura ternaria eutéctica
Al/Zn/Zn_{2}Mg]: a no menos del 80% en volumen, y la [fase de Zn
sólo]: no mayor del 15% en volumen (incluyendo 0% en volumen).
12. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente con Zn-Al-Mg de acuerdo con
la reivindicación 9, 10 u 11, en la que la estructura metálica de la
capa de galvanizado no contiene ni matriz de [estructura ternaria
eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg] per se ni esta matriz incluye un
[cristal primario de Al] o un [cristal primario de Al] y una
[monofase de Zn], en una cantidad que sea observable a simple vista
como manchas.
13. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg, con buena resistencia a
corrosión y apariencia de superficie, que es un procedimiento de
producción de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg usando un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 4,0-10% en peso, Mg:
1,0-4,0% en peso, Ti: 0,002-0,1% en
peso, B: 0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e
impurezas inevitables, caracterizado por controlar una
temperatura del baño de galvanizado a no menos del punto de fusión
y menor de 410ºC y una velocidad de enfriamiento de postgalvanizado
a no menos de 7ºC/s.
14. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg, con buena resistencia a
corrosión y apariencia de superficie que es un procedimiento de
producción de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg usando un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 4,0-10% en peso, Mg:
1,0-4,0% en peso, Ti: 0,002-0,1% en
peso, B: 0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e
impurezas inevitables, caracterizado en controlar una
temperatura del baño de galvanizado a no más baja de 410ºC y una
velocidad de enfriamiento de galvanizado a no menos de 0,5ºC/s.
15. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, en el que la capa de galvanizado de la
chapa de acero galvanizado tiene una estructura metálica que
incluye una [fase cristalina primaria de Al] o una [fase cristalina
primaria de Al] y una [monofase de Zn] en una matriz de [estructura
ternaria eutéctica Al/Zn/Zn_{2}Mg].
16. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que es un procedimiento de
producción de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que sumerge continuamente
una banda de acero en un baño caliente de galvanizado compuesto de
Al: 4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0%
en peso, Ti: 0,002-0,1% en peso, B:
0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e impurezas
inevitables, que extrae continuamente la banda de acero que tiene
galvanizado en baño caliente adherido a la misma del baño y soplar
gas limpiador sobre la capa de galvanizado en baño caliente extraída
continuamente del baño, haciéndose la concentración de oxígeno del
gas limpiador no mayor del 3% en volumen para controlar un patrón de
rayado similar a líneas que aparece en una superficie de la capa de
galvanizado.
17. Un procedimiento de producción de chapa de
acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que es un procedimiento de
producción de una chapa de acero galvanizado en baño caliente con
Zn-Al-Mg que sumerge continuamente
una banda de acero en un baño caliente de galvanizado compuesto de
Al: 4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0%
en peso, Ti: 0,002-0,1% en peso, B:
0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e impurezas
inevitables, que extrae continuamente la banda de acero que tiene
galvanizado en baño caliente adherido a la misma del baño dentro de
una caja sellada y soplar gas limpiador en la caja sellada sobre la
capa de galvanizado en baño caliente extraída continuamente del
baño, haciéndose la concentración de oxígeno del gas limpiador no
mayor del 8% en volumen para controlar un patrón de rayado similar
a líneas que aparece en una superficie de la capa de
galvanizado.
18. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente que contiene Mg formada con una superficie galvanizada cuya
pendiente no es más del 0,1% mediante extracción continua de una
banda de acero de un baño caliente de galvanizado en el cual está
inmersa continuamente, baño el cual se compone de Al:
4,0-10% en peso y Mg: 1,0-4,0% en
peso, y, según se requiera, Ti: 0,002-0,1% en peso y
B: 0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e
impurezas inevitables, controlando una morfología de un
revestimiento que contiene óxido de Mg que se forma sobre una
superficie de galvanizado hasta la solidificación de la capa de
superficie,
a condición de que la pendiente (%) es un valor
calculado mediante la ecuación (1) a partir de una curva de forma
ondulante de una unidad de longitud de una forma ondulante medida
de la superficie de galvanizado en la dirección en que pasa la
chapa (a lo largo de la dirección de la banda)
Pendiente (%) = 100 x Nm x (M + V)/L ...(1),
donde:
L = unidad de longitud (establecida para un valor
no menor de 100 x 10^{3}\mum tal como 250 x
10^{3}\mum),
Nm = número de picos dentro de la unidad de
longitud,
M = altura media de los picos dentro de la unidad
de longitud (\mum),
V = profundidad media de los valles dentro de la
unidad de longitud (\mum).
19. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente obtenible aplicando a una superficie de una chapa de acero
un galvanizado de en baño caliente con un sistema de
Zn-Al-Mg compuesto de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso, Be. 0,001-0,05% en peso y el resto de Zn e
impurezas inevitables.
20. Una chapa de acero galvanizado en baño
caliente obtenible aplicando a una superficie de una chapa de acero
un galvanizado de en baño caliente con un sistema de
Zn-Al-Mg compuesto de Al:
4,0-10% en peso, Mg: 1,0-4,0% en
peso, Ti: 0,002-0,1% en peso y B:
0,001-0,045% en peso, Be:
0,001-0,05% en peso y el resto de Zn e impurezas
inevitables.
21. Un procedimiento para controlar de la
aparición de un patrón de rayado que aparece en una capa de
galvanizado en baño caliente caracterizado en que se añaden
0,001-0,05% en peso de Be a un baño caliente de
galvanizado compuesto de Al: 4,0-10% en peso y Mg:
1,0-4,0%, y, según se requiera, Ti:
0,002-0,1% en peso y B:
0,001-0,045% en peso, y el resto de Zn e impurezas
inevitables.
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