ES2338146T3 - Procedimiento para recubrir flejes de acero y fleje de acero recubierto. - Google Patents

Procedimiento para recubrir flejes de acero y fleje de acero recubierto. Download PDF

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Bernd Schuhmacher
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Abstract

Procedimiento para recubrir flejes de acero con (en % en peso) C: <=q 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: <=q 10%, Ni: <=q 10%, Cr:<=q 10%, Si: <=q 8%, Cu: <=q 3%, Nb: <=q 0,6%, Ti: <=q 0,3%, V: <=q 0,3%, P: <=q 0,1%, B: <=q 0,01%, N: <=q 1,0%, el resto hierro e impurezas inevitables, en el que el fleje de acero se somete a un último recocido y a continuación se recubre con un recubrimiento formado por un metal líquido fundido, caracterizado porque sobre el fleje de acero se aplica antes del último recocido una capa de aluminio sobre la que se aplica el recubrimiento después del último recocido.

Description

Procedimiento para recubrir flejes de acero y fleje de acero recubierto.
La invención se refiere a un procedimiento para recubrir flejes de acero con (en % en peso) C: \leq 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: \leq 10%, Ni: \leq 10%, Cr: \leq 10%, Si: \leq 8%, Cu: \leq3%, Nb: \leq 0,6%, Ti: \leq 0,3%, V: \leq 0,3%, P: \leq 0,1%, B: \leq 0,01%, N: \leq 1,0%, el resto hierro e impurezas inevitables, en el que el fleje de acero se somete a un último recocido y a continuación se recubre con un recubrimiento formado por un metal líquido fundido. Además, la invención se refiere a un fleje de acero que presenta un material base correspondientemente compuesto y un recubrimiento metálico aplicado sobre el mismo. Dependiendo de las propiedades requeridas al recubrimiento, este recubrimiento está constituido especialmente en este caso por una aleación de aluminio/silicio, por aluminio puro, cinc puro o una aleación de
cinc.
Los aceros con altos contenidos de manganeso son adecuados, debido a su combinación de propiedades favorable de, por una parte, altas resistencias de hasta 1.400 MPa y, por otra parte, alargamientos extremadamente altos (alargamientos uniformes de hasta el 70% y alargamientos a la rotura de hasta el 90%), en principio especialmente para el uso en el sector de la construcción de vehículos, especialmente en la construcción de automóviles. Los aceros especialmente adecuados para este fin de utilización con altos contenidos de Mn del 7% en peso al 30% en peso son conocidos, por ejemplo, por los documentos DE 102 59 230 Al, DE 197 27 759 C2, GB2122650 o DE 199 00 199 A1. Los productos planos producidos a partir de estos aceros presentan a altas resistencias un comportamiento de deformación isótropo y además son dúctiles a bajas temperaturas.
Sin embargo, estas ventajas se contrarrestan con que aceros con mayores contenidos de Mn tienden a picaduras y sólo pueden pasivarse con dificultad. Esta gran tendencia, en comparación con aceros de baja aleación, a una corrosión localmente limitada, pero intensa, con la acción de elevadas concentraciones de iones cloruro dificulta el uso de aceros que pertenecen al grupo de materiales de las chapas de acero de alta aleación. Además, los aceros con alto contenido de manganeso tienden a la corrosión superficial que también limita el espectro de su uso.
Por tanto, también se ha propuesto proveer productos planos de acero que se producen a partir de aceros con alto contenido de manganeso de una manera conocida en sí con un recubrimiento metálico que protege al acero del ataque corrosivo. Para este fin se ha intentado aplicar de forma electrolítica sobre el material de acero un recubrimiento de cinc. Estos intentos han llevado concretamente a flejes recubiertos de cinc cuyo material de base puede estar constituido respectivamente por el acero de alta aleación que está protegido contra la corrosión por el recubrimiento metálico aplicado. No obstante, se mostró que durante la soldadura de las chapas de este tipo se producen problemas en la región de la zona de soldadura que son conocidos por los expertos por el término "fragilidad por soldadura". Como consecuencia de la soldadura, en el material de base se produce una infiltración de límites de grano mediante material de cinc licuado del recubrimiento. Esta infiltración hace que el material pierda su resistencia y ductilidad en el entorno de la zona de soldadura hasta tal punto que la junta de soldadura o la chapa que limita con la junta de soldadura ya no cumplen en conjunto los requisitos exigidos a la capacidad de carga.
Los intentos por producir chapas suficientemente resistentes a la corrosión y al mismo tiempo bien soldables mediante los procedimientos en sí conocidos del recubrimiento por inmersión en baño fundido fueron insatisfactorios porque los flejes de acero de alta aleación, especialmente aquellos con contenidos de Mn de más del 6% en peso, tendían durante el recocido indispensable para la eficacia del recubrimiento por inmersión en baño fundido a una fuerte oxidación superficial. Las superficies de la chapa así oxidadas ya no pueden recubrirse con el metal de recubrimiento con la uniformidad e integridad necesarias de manera que de esta forma no puede lograrse el objetivo de una protección de la corrosión de la superficie completa.
Las posibilidades, conocidas del espectro de los aceros de alta aleación, pero que presentan contenidos de Mn más bajos, de mejorar la humectabilidad mediante la aplicación de una capa intermedia de Fe o Ni no condujeron al éxito deseado en las chapas de acero con al menos el 6% en peso de manganeso.
Partiendo del estado de la técnica previamente explicado, el objetivo de la invención consistió en especificar un procedimiento que también hiciera posible proveer tales flejes de acero, que hasta la fecha sólo podían recubrirse insuficientemente, de un recubrimiento metálico que garantizara una excelente resistencia a la corrosión y buenas propiedades de soldadura. Además, deberá especificarse un fleje de acero recubierto que pueda soldarse bien sin el riesgo de fragilidad por soldadura.
Con respecto al procedimiento, este objetivo se ha alcanzado recubriendo flejes de acero que presentan (en % en peso) C: \leq 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: \leq 10%, Ni: \leq 10%, Cr: \leq 10%, Si: \leq 8%, Cu: \leq 3%, Nb: \leq 0,6%, Ti: \leq 0,3%, V: \leq0,3%, P: \leq 0,1%, B: \leq 0,01%, el resto hierro e impurezas inevitables, en el que el fleje de acero se somete a un último recocido y a continuación se recubre con un recubrimiento formado por un metal líquido fundido, según la invención sobre el fleje de acero se aplica una capa de aluminio antes del último recocido, sobre la que se aplica el recubrimiento después del último recocido.
Según la invención, antes de la aplicación del recubrimiento metálico que forma la capa protectora de la corrosión real, sobre el fleje de acero que representa el material de base se aplica una delgada capa de aluminio.
En el tratamiento de recocido necesariamente previo al posterior recubrimiento de fundido se produce una difusión del hierro del fleje de acero al aluminio aplicado según la invención de manera que en el transcurso del recocido se forma sobre el fleje de acero una capa metálica constituida esencialmente por Al y Fe que está unida por conexión de materiales con el sustrato formado por el fleje de acero. El aluminio que se adhiere sobre el fleje de acero previene durante el recocido del fleje de acero previo al recubrimiento de fundido que se oxide su superficie. A continuación, la capa de aluminio actúa de un tipo de promotor de la adhesión de forma que el recubrimiento producido por el recubrimiento de fundido se adhiere firmemente y sobre la superficie total sobre el fleje de acero aún cuando el propio fleje de acero presenta condiciones desfavorables para esto debido a su aleación.
Además, ha resultado sorprendente que la capa de Al aplicada según la invención entre el fleje de acero y el recubrimiento tenga, además de los efectos ya mencionados, la ventaja de contrarrestar la fragilidad por soldadura temida en el estado de la técnica durante la soldadura de chapas recubiertas según la invención. Así, la capa de Al en combinación con el recubrimiento aplicado a continuación previene que el material del recubrimiento metálico penetre durante la soldadura en la estructura del material de acero de forma que se perjudique permanentemente su resistencia o ductilidad. La manera de proceder según la invención durante el recubrimiento del fleje de acero también hace posible proveer tales flejes de acero, que sólo pueden recubrirse insuficientemente con los procedimientos conocidos, con una capa de cubrición metálica protectora contra la corrosión.
La aplicación de la capa intermedia de Al se realiza preferiblemente mediante el procedimiento de recubrimiento en sí conocido de PVD (PVD = Physical Vapor Deposition, deposición física de vapor) en el que el aluminio se evapora y el vapor de aluminio formado se condensa a vacío sobre el fleje de acero que va a recubrirse de manera que allí se deposita el aluminio como una capa delgada. El espesor de la capa de aluminio aplicada sobre el fleje de acero mediante recubrimiento por PVD puede regularse en este caso por la cantidad de vapor de aluminio.
El procedimiento según la invención es igualmente adecuado para el recubrimiento de flejes de acero que se presentan en estado laminado en caliente o laminado en frío.
Un efecto suficiente del recubrimiento según la invención se garantiza siempre que el espesor de capa de la capa intermedia de aluminio ascienda a de 50 nm a 1000 nm.
La manera de proceder según la invención durante el recubrimiento es especialmente adecuada para aquellos flejes de acero que están altamente aleados para garantizar altas resistencias y buenas propiedades de alargamiento. Correspondientemente, el objetivo anteriormente especificado con respecto a un fleje de acero que presenta un material de base de acero con (en % en peso) C: \leq 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: \leq 10%, Ni: \leq 10%, Cr: \leq 10%, Si: \leq 8%, Cu: \leq 3%, Nb: \leq 0,6%, \leq Ti: \leq 0,3%, V: \leq 0,3%, P: \leq 0,1%, B: \leq 0,01%, el resto hierro e impurezas inevitables y un recubrimiento metálico aplicado sobre el mismo se alcanza según la invención formando entre el material de base y el recubrimiento metálico una capa intermedia que está constituida esencialmente por Al y Fe. El producto de chapa de acero recubierto así producido presenta una resistencia a la corrosión optimizada con al mismo tiempo buena tendencia a la soldadura.
En este contexto, los efectos logrados mediante la invención se aseguran especialmente cuando el espesor de la capa intermedia asciende a de 50 nm a 1000 nm.
Los efectos logrados mediante la invención repercuten de forma especialmente ventajosa en el recubrimiento de flejes de acero de alta aleación que contienen contenidos de manganeso de al menos el 6% en peso. Así, se muestra que un material de base de acero que contiene (en % en peso) C: \leq 1,00%, Mn: 20,0 - 30,0%, Al: \leq 0,5%, Si: \leq 0,5%, B: \leq 0,01%, Ni: \leq 3,0%, Cr: \leq 10, 0%, Cu: \leq 3,0%, N: < 0,6%, Nb: < 0,3%, Ti: < 0,3%, V: < 0,3%, P: < 0,1%, el resto hierro e impurezas inevitables puede recubrirse especialmente bien con un recubrimiento protector de la corrosión cuando previamente se provee de la forma según la invención de una capa intermedia de Al. Lo mismo rige cuando se utiliza un acero como material de base que contiene (en % en peso) C: \leq 1,00%, Mn: 7,00 - 30,00%, Al: 1,00 - 10,00%, Si: >2,50 - 8,00% (con la condición de que la suma del contenido de Al y el contenido de Si sea >3,50 - 12,00%), B: < 0,01%, Ni: < 8,00%, Cu: < 3,00%, N: < 0,60%, Nb: < 0,30%, Ti: < 0,30%, V: < 0,30%, P: < 0,01%, el resto hierro e impurezas inevitables.
La invención ha mostrado precisamente para tales flejes de acero con altos contenidos de manganeso una ruta que hace posible proteger de manera económica estos flejes de acero contra la corrosión de forma que puedan utilizarse para la producción de carrocerías para la construcción de vehículos, especialmente la construcción de automóviles, en cuya utilización práctica están expuestos a medios especialmente corrosivos.
Al igual que en el recubrimiento por inmersión en baño fundido habitual, en la manera según la invención pueden recubrirse tanto flejes de acero laminados en caliente como laminados en frío.
Ha demostrado ser favorable, especialmente cuando deben recubrirse de la manera según la invención flejes de acero con alto contenido de manganeso, cuando la temperatura de recocido durante el recocido realizado después de la aplicación de la capa intermedia asciende a más de 680ºC y como máximo a 900ºC. En este intervalo de temperatura, la difusión esperada del hierro del fleje de acero en el recubrimiento previamente aplicado asegura especialmente que se garantice igualmente el área de conexión de materiales del recubrimiento sobre la capa de base formada por el fleje de acero. Esto ha demostrado ser especialmente favorable cuando la capa intermedia se aplica mediante recubrimiento por PVD.
Según el modelo del recubrimiento por inmersión en baño fundido conocido, el tratamiento de recocido del fleje de acero recubierto de la manera según la invención se realiza en continuo. El dispositivo de recocido puede ser en este caso parte de una planta de recubrimiento por inmersión en baño fundido en sí conocida.
El recocido se realiza preferiblemente bajo una atmósfera de gas protector para también reducir en este sentido a un mínimo el riesgo de una oxidación.
Dependiendo de la tecnología de plantas puesta a disposición y de la temperatura de recocido respectivamente elegida, el tiempo de recocido durante el recocido realizado después de la aplicación de la capa intermedia deberá ascender a de 30 s a 250 s para lograr el grado respectivamente deseado de la difusión de Fe del fleje de acero en el recubrimiento. Esto ha demostrado ser especialmente favorable cuando la capa intermedia se aplica mediante recubrimiento por PVD.
En cuanto a la protección de la corrosión y a la soldabilidad, la manera de proceder según la invención repercute de forma especialmente ventajosa cuando la capa de metal fundido aplicada sobre la capa intermedia de Al según la invención se forma mediante una aleación de Al/Si, Al puro, cinc puro y/o una aleación de cinc.
Otra configuración de la invención que mejora la adhesión de la capa intermedia de Al sobre el fleje de acero se caracteriza porque las superficies del fleje de acero se limpian antes de la aplicación de la capa intermedia de Al.
Después del recubrimiento con el fundido, de una manera conocida en sí puede realizarse un laminado de acabado para optimizar la calidad superficial y la rugosidad del fleje recubierto.
A continuación, la invención se explica más detalladamente mediante figuras que representan un ejemplo de realización. Muestran respectivamente esquemáticamente y en sección:
Fig. 1 una muestra de fleje de acero recubierta de la manera según la invención en vista en sección;
Fig. 2 la muestra de fleje de acero recubierta según la Fig. 1 en vista en planta desde arriba;
Fig. 3 la muestra de fleje de acero recubierta representada en la Fig. 1 después de un ensayo de impacto de bolas según la especificación de ensayo de acero SEP 1931 en vista en planta desde arriba;
Fig. 4 una muestra de fleje de acero recubierta de manera convencional por inmersión en baño fundido en vista en planta desde arriba.
Un acero de mayor resistencia que contenía, en lo referente a sus propiedades, elementos esenciales, además de hierro e impurezas inevitables (en % en peso), 20% de Mn, 2,7% de Al y 2,7% de Si, se cuela para dar desbastes planos y se acaba por laminado de forma convencional para dar un fleje laminado en caliente y a continuación se bobina. El fleje laminado en caliente obtenido poseía una resistencia a la tracción R_{m} de 720 MPa y un alargamiento A80 del 60%.
El fleje laminado en caliente así obtenido se lamina en frío a continuación en una primera etapa con un grado de moldeo del 30% para dar el fleje laminado en frío. A esto le siguió un recocido intermedio del fleje laminado en frío que se realizó a 900ºC. Después del recocido intermedio, el fleje de acero S así obtenido se laminó en frío en otra etapa con un grado de conformado del 40% a un espesor final.
Después del laminado en frío, la superficie del fleje laminado en frío se limpia mediante química húmeda antes de que entre en una planta de recubrimiento por PVD.
En la planta de recubrimiento por PVD se aplicó una capa de Al de 0,5 \mum de espesor sobre el fleje de acero S dirigiéndose a vacío un vapor que contenía aluminio sobre las superficies del fleje de acero S y depositándose allí.
Después del recubrimiento por PVD del fleje con la capa de Al, el fleje se recuece en una planta de recocido continuo a 800ºC a una duración de pasada de 60 segundos bajo una atmósfera de gas protector constituida por 5% de H_{2}, el resto N_{2}. Todavía en el horno de recocido continuo y al igual que antes bajo la atmósfera de gas protector, después de esta primera fase de recocido se realizó un enfriamiento hasta una temperatura de 660ºC pasando el fleje de acero S a un baño de inmersión fundido formado por una aleación de aluminio-silicio.
En el transcurso del tratamiento de recocido, el hierro del material de acero del fleje de acero S difundió a la capa de Al aplicada sobre la superficie por recubrimiento por PVD de manera que se formó una capa de AlFe constituida esencialmente por Al y Fe que se unió mediante conexión de materiales con el fleje de acero S y se adhirió firmemente sobre éste (Fig. 1).
\newpage
En el baño de inmersión fundido, el fleje de acero S que lleva la capa de AlFe se cubrió con una capa de AlSi. Debido a los procesos de difusión que se producen en el transcurso del recubrimiento por inmersión en baño fundido, se formó aquí una capa intermedia de AlFeSi que está constituida esencialmente por Al, Fe y Si. El espesor de esta capa intermedia de AlFeSi es superior al espesor de la capa de AlFe que se adhiere directamente sobre la superficie del fleje de acero S, sin embargo es claramente inferior al espesor de la capa de AlSi exterior constituida esencialmente por Al y Si (Fig. 1).
Después de sacar el fleje de acero S así recubierto del baño de inmersión fundido, el espesor del recubrimiento se ajusta de manera conocida mediante un sistema de ajuste del espesor por chorro. A continuación, el fleje de acero S recubierto se enfría y se somete a un acabado por laminación para optimizar su calidad superficial. Entonces, el fleje de acero S recubierto obtenido se engrasa y se bobina en una bobina lista para ser expedida.
La Fig. 2 muestra en vista en planta desde arriba una sección de la chapa de acero explicada previamente recubierta de la manera según la invención. Puede reconocerse claramente la aplicación sólida y uniforme sobre la superficie total del recubrimiento.
La Fig. 3 muestra finalmente el resultado de un ensayo de impacto por bolas realizado en la chapa de acero S. Se prueba la muy buena adhesión de la estructura de recubrimiento formada por las capas AlFe, AlFeSi y AlSi sobre el fleje de acero S. Por tanto, no se aprecian descascarillamientos o desperfectos similares.
A diferencia de esto, la Fig. 4 muestra en comparación un fleje de acero V en vista en planta desde arriba que está igualmente aleado que el fleje de acero S. Aparte de la etapa de aplicación por PVD de la capa de Al, también se ha procesado de la misma forma que el fleje de acero S. En este caso, sin embargo, de la Fig. 4 se deduce claramente que el fleje de acero V no presenta casi ningún recubrimiento después de terminar el proceso de tratamiento.

Claims (14)

1. Procedimiento para recubrir flejes de acero con (en % en peso) C: \leq 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: \leq 10%, Ni: \leq 10%, Cr:\leq 10%, Si: \leq 8%, Cu: \leq 3%, Nb: \leq 0,6%, Ti: \leq 0,3%, V: \leq 0,3%, P: \leq 0,1%, B: \leq 0,01%, N: \leq 1,0%, el resto hierro e impurezas inevitables, en el que el fleje de acero se somete a un último recocido y a continuación se recubre con un recubrimiento formado por un metal líquido fundido, caracterizado porque sobre el fleje de acero se aplica antes del último recocido una capa de aluminio sobre la que se aplica el recubrimiento después del último recocido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el espesor de capa de la capa de aluminio asciende a de 50 nm a 1000 nm.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la temperatura de recocido asciende a más de 680ºC y como máximo a 900ºC durante el último recocido realizado después de aplicar la capa de aluminio.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tiempo de recocido asciende a de 30 segundos a 250 segundos durante el último recocido.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aplicación del metal líquido fundido se realiza mediante recubrimiento por inmersión en baño fundido.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el metal líquido fundido aplicado después del último recocido está compuesto por una aleación de Al/Si, por Al y/o por cinc o una aleación de cinc.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las superficies del fleje de acero se limpian antes de la aplicación del recubrimiento.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de aluminio se aplica mediante recubrimiento por PVD.
9. Fleje de acero que presenta un material de base de acero con (en % en peso) C: \leq 1,6%, Mn: 6 - 30%, Al: \leq 10%, Ni: \leq 10%, Cr: \leq 10%, Si: \leq 8%, Cu: \leq 3%, Nb: \leq 0,6%, Ti: \leq 0,3%, V: \leq 0,3%, P: \leq 0,1%, B: \leq 0,01%, N: \leq 1,0%, el resto hierro e impurezas inevitables y un recubrimiento metálico aplicado sobre el mismo, caracterizado porque entre el material de base y el recubrimiento está presente una capa intermedia que está constituida esencialmente por Al y Fe.
10. Fleje de acero según la reivindicación 9, caracterizado porque el espesor de capa de la capa intermedia está limitado a de 50 nm a 1000 nm.
11. Fleje de acero según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque el recubrimiento está formado por una aleación de Al/Si, Al, Zn o una aleación de Zn.
12. Fleje de acero según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el material de base presenta la siguiente composición (en % en peso):
C:
\leq 1,00%,
Mn:
20,0 - 30,0%,
Al:
\leq 0,5%,
Si:
\leq 0,5%,
B:
\leq 0,01%,
Ni:
\leq 3,0%,
Cr:
\leq 10,0%,
Cu:
\leq 3,0%,
N:
< 0,6%,
Nb:
< 0,3%,
Ti:
< 0,3%,
V:
< 0,3%,
P:
< 0,1%,
el resto hierro e impurezas inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Fleje de acero según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el material de base presenta la siguiente composición (en % en peso):
C:
\leq 1,00%,
Mn:
7,00 - 30,00%,
Al:
1,00 - 10,00%,
Si:
>2,50 - 8,00%,
con el contenido de Al + contenido de Si > 3,50 - 12,00%,
B:
< 0,01%,
Ni:
< 8,00%,
Cu:
< 3,00%,
N:
< 0,60%,
Nb:
< 0,30%,
Ti:
< 0,30%,
V:
< 0,30%,
P:
< 0,01%,
el resto hierro e impurezas inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Fleje de acero según una de las reivindicaciones 9 a 13 fabricado mediante la aplicación del procedimiento configurado según una de las reivindicaciones 1 a 8.
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