ES2350921T3

ES2350921T3 - Chapa de acero galvanizado por inmersión en caliente basado en cinc excelente en la retención de brillo.

Info

Publication number: ES2350921T3
Application number: ES02755638T
Authority: ES
Inventors: Atsushi Komatsu; Atsushi Steel & Tech. Dev. Lab. ANDOH; Takao Tsujimura
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2011-01-28
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: NZ528816A; EP1524326A4; EP1524326B1; WO2004009863A1; EP1524326A1; ATE484605T1; AU2002323927A1; DE60238001D1; CN1276990C; CN1503853A; AU2002323927B2; CA2444460C; CA2444460A1

Abstract

Un procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre que comprende: una etapa de sumergir y extraer continuamente la banda de acero en/de un baño de Zn de inmersión en caliente que consiste en, en % en masa, Al:4,0-15%, Mg:1,0-4,0% Ti:0,001-0,1% B:0,001-0,045% el resto Zn e impurezas inevitables, formándose así una capa de chapado sobre la misma; una etapa de pasar después continuamente la banda de acero por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua, en el que la degradación del lustre de la capa de chapado se inhibe en ese momento controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC y, si se desea, una etapa de pasar la banda de acero pasado por la zona de temple al agua por una zona de tratamiento químico.

Description

Chapa de acero galvanizado por inmersión en caliente basado en cinc excelente en la retención de brillo.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una tecnología para prevenir la degradación del lustre superficial que se produce algunas veces durante la producción de chapa de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente usando una línea de chapado por inmersión en caliente continua.

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Antecedentes de la técnica

Los documentos JP.Hei-10-226865A, JP.Hei-10-306357A, USP nº 6.235.410 (US 6.235.410 B1) y USP nº
6.379.820 (US 6.379.820 B1) propiedad del solicitante de la presente solicitud enseñan que una chapa de acero chapado que tiene resistencia a la corrosión y aspecto superficial suficiente para cumplir los requisitos de un producto industrial puede obtenerse fabricando una chapa de acero chapado basado en Zn por inmersión en caliente usando un baño del sistema de Zn-Al-Mg de inmersión en caliente compuesto por Al: 4,0-10%, Mg: 1,0-4,0%, Ti: 0,002-0,1%, B: 0,001-0,045% y el resto Zn e impurezas inevitables, y confiriendo a la capa de chapado una estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria] y [fase única de Zn] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]. Las condiciones de producción para obtener esta estructura metálica se exponen en las memorias descriptivas publicadas.

En el transcurso del trabajo con una chapa de acero chapado basado en Zn por inmersión en caliente con un contenido de Al y Mg relativamente alto tal para asegurar los procedimientos de producción, los inventores experimentaron que, dependiendo de las condiciones de producción, el lustre superficial de la capa de chapado se deterioró en el plazo de dos a tres días. Esta degradación del lustre superficial de la capa de chapado decolora la superficie chapada estéticamente agradable junto después de chaparse a un color de interferencia algo negruzco con el paso del tiempo (tan pronto como 2-3 días, pero algunas veces dura 4-7 días). El grado de decoloración de la capa de la superficie exterior (un tipo de ennegrecimiento) puede cuantificarse midiendo el brillo superficial. Por ejemplo, una superficie de chapado que presentaba un brillo (valor L) de aproximadamente L = 82 justo después de la fabricación se degrada a aproximadamente L = 72 en 7 días. Aunque esta disminución en el valor de valor L no degrada la propiedad de resistencia a la corrosión del producto y no perjudica las cualidades físicas y químicas de la chapa de acero chapada, no se desea desde el punto del aspecto superficial. El hecho de que la degradación del lustre superficial no sea uniforme en toda la superficie de chapado, aunque tome la forma de decoloración manchada, desmerece particularmente el atractivo estético.

Esta degradación del lustre superficial puede considerarse peculiar de chapas de acero chapado que tienen un contenido de Al y Mg relativamente alto como las chapas de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente mencionadas anteriormente. El grado de oxidación del Mg concentrado en la capa de la superficie exterior del chapado y el estado oxidado de la capa de la superficie de Al están lo más probablemente complejamente implicados como causas de la degradación. No se han publicado informes hasta la fecha con respecto al mecanismo de la degradación del lustre superficial que se produce en una chapa de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente tal o con respecto a un procedimiento para inhibir la degradación.

El documento de la técnica anterior WO 01/59171 A1 desvela una chapa de aluminio recubierta por inmersión en caliente con Zn-Al-Mg que tiene un alto contenido de Al, una capa de recubrimiento por inmersión en caliente que tiene una composición química en% en peso: superior al 10% y al 22% o menos de Al, 1 al 5% de Mg y opcionalmente además 0,002 al 0,1% de Ti, 0,001 al 0,045% de B, 0,005 al 0,5% de Si. Además, la capa de recubrimiento por inmersión en caliente tiene una estructura metálica compuesta por una base de una estructura eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg y fases cristalinas primarias de Al que están incluidas en la base.

El documento JP 2002 187234 A de la técnica anterior desvela una chapa de acero recubierta sin cromo que tiene una excelente resistencia a la corrosión, por lo que la capa galvanizada está compuesta por en % en peso: 4-22% de Al, 1-4% de Mg, 0-0,1% de Ti, 0-0,045% de B y 0-0,5% de Si. Según la Tabla 1, Ti + B y/o Si pueden añadirse individualmente o en combinación a la composición de recubrimiento de Zn-Al-Mg y de esta forma se forma una chapa de acero con una capa de chapado correspondiente sobre la misma.

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Objeto de la invención

Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar medios para inhibir la degradación del lustre superficial que aparece como un problema peculiar de la chapa de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en
caliente.

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Divulgación de la invención

El objeto de la invención se resuelve mediante un procedimiento como se establece en la reivindicación 1 ó 2.

Los inventores llevaron a cabo una extensa experimentación e investigación dirigidas a vencer el problema anterior. Como resultado, los inventores determinaron que la degradación del lustre superficial de la chapa de acero chapado por inmersión en caliente se produce por el comportamiento de reacción entre la superficie de la capa de chapado y el agua durante el enfriamiento con agua en la etapa de enfriamiento tras el chapado, que una forma para prevenir la degradación del lustre superficial es "controlar la temperatura de contacto entre la capa de chapado y la corriente de agua" en la etapa de enfriamiento con agua después de la solidificación de la capa de chapado que, por extensión, es eficaz para controlar adecuadamente la "temperatura de la banda durante el contacto con la corriente de agua" y que también es eficaz para estabilizar el estado de oxidación de la capa de la superficie de chapado de Al y Mg incorporando una pequeña cantidad de un "elemento fácilmente oxidante" adecuado en el baño de chapado. Por "temperatura de la banda durante el contacto con la corriente de agua" se indica la temperatura de la banda en el momento en el que se realiza el enfriamiento mientras se forma una película de agua sobre la superficie de la capa de chapado en la etapa de enfriamiento después de completarse la solidificación de la capa de chapado. Específicamente, es la temperatura de la capa de chapado cuando una corriente de agua se pasa sobre la capa de chapado completamente solidificada y la capa de chapado está siendo enfriada con una película de agua formada sobre la superficie de la capa de chapado.

En otras palabras, según los hallazgos de los inventores, si la banda de acero está continuamente sumergida en y se extrae de un baño del sistema de Zn-Al-Mg de inmersión en caliente de la descripción anterior y la banda de acero se pasa después continuamente por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua (mientras que sobre la superficie de la capa de chapado se proporciona una cantidad de agua que permite la formación momentánea de una película de agua sobre la superficie de la capa de chapado), la degradación anteriormente dicha del lustre superficial de la capa de chapado puede inhibirse controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC.

La temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua, aunque depende de las condiciones del equipo, depende en gran medida del espesor de chapa. Si el espesor de la banda es grande, el controlar la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC puede no ser fácil. Se encontró que en un caso tal la inhibición similar de la degradación del lustre superficial puede lograrse sin reducir la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC (es decir, con la temperatura a 105ºC o superior) añadiendo al baño de chapado una pequeña cantidad de un elemento que tiene una afinidad muy fuerte por el oxígeno (es decir, un elemento fácilmente oxidante) y que tiene un efecto estabilizante sobre los óxidos de Al. Tales elementos incluyen, por ejemplo, los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si. En la práctica real es suficiente añadir aproximadamente 0,002-0,05% en masa del elemento fácilmente oxidante.

Por tanto, la presente invención proporciona un procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre que comprende una etapa de sumergir y extraer continuamente la banda de acero en/de un baño basado en Zn de inmersión en caliente que contiene Al: 4,0-15% en masa y Mg: 1,0-4,0% en masa, formándose así una capa de chapado sobre la misma, y una etapa de pasar después continuamente la banda de acero por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua, inhibiéndose la degradación del lustre de la capa de chapado en ese momento controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC. El baño basado en Zn de inmersión en caliente está preferentemente compuesto por, en % en masa, Al: 4,0-15%, Mg: 1,0-4,0%, Ti: 0,001-0,1%, B: 0,001-0,045% y el resto Zn e impurezas inevitables.

La presente invención proporciona además un procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre que comprende una etapa de sumergir y extraer continuamente la banda de acero en/de un baño basado en Zn de inmersión en caliente que contiene Al: 4,0-15% en masa y Mg: 1,0-4,0% en masa y añadido con 0,002-0,05% en masa de al menos un elemento fácilmente oxidante seleccionado de entre los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si, formándose así una capa de chapado sobre la misma, y una etapa de pasar después continuamente la banda de acero por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua, inhibiéndose la degradación del lustre superficial de la capa de chapado en ese momento controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a no menos de 105ºC y a no más de 300ºC. El baño basado en Zn de inmersión en caliente está preferentemente compuesto por, en % en masa, Al: 4,0-15%, Mg: 1,0-4,0%, Ti: 0,001-0,1%, B: 0,001-0,045%, al menos un elemento fácilmente oxidante seleccionado de entre los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si: 0,002-0,05%, y el resto Zn e impurezas inevitables.

Los procedimientos de la presente invención proporcionan adicionalmente una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre obtenida mediante chapado por inmersión en caliente de una banda de acero usando un baño de chapado por inmersión en caliente que comprende, en % en
masa,

Al:: 4,0-15% y

Mg:: 1,0-4,0%,

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opcionalmente

Ti:: 0,001-0,1% y

B:: 0,001-0,045%,

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preferentemente

al menos un elemento fácilmente oxidante seleccionado de entre los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si: 0,002-0,05%, y

el resto Zn e impurezas inevitables, formándose así una capa de chapado sobre la misma. La capa de chapado tiene una estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] o [fase de Al cristalina primaria], [fase de Zn] y/o [fase de Zn_{2}Mg] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg].

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Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de líneas que ilustra esquemáticamente una instalación para producir chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg según la presente invención.

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Realizaciones preferidas de la invención

Generalmente en esta memoria descriptiva, el término "banda de acero" se usa cuando se explica la línea de chapado por inmersión en caliente y el término "chapa de acero" se usa cuando se explica el producto. Sin embargo, la banda de acero y la chapa de acero tienen las mismas características.

La Fig. 1 ilustra esquemáticamente una instalación usada para producir una chapa de acero chapado basado en Zn por inmersión en caliente. Una banda 2 de acero pasada por un horno 1 para mantenerse a una temperatura prescrita se alimenta continuamente a un baño 3 de chapado. Tras salir del baño 3 de chapado, la banda de acero pasa por una boquilla 4 de limpieza que regula su peso de recubrimiento y luego por un enfriador 5 de chorro de aire. La capa de chapado se solidifica completamente durante el paso por el enfriador 5 de chorro de aire. La banda pasa a continuación por zonas 6a, 6b de enfriamiento con aire-agua y una zona 14 de enfriamiento con aire, cualquiera de las cuales puede operar sola o en combinación con las otras, o no operar, y luego por una zona 7 de temple al agua. Entonces se templa por laminación en un tren 8 de laminado superficial, pasa por un nivelador 9 de tensión, pasa por una etapa de inspección y se recoge en una bobina 10 de tensión. Si se croma o se realiza otro tratamiento químico tal, la banda de acero que sale del nivelador 9 de tensión se trata en una recubridora 11 de rodillos, se pasa por una zona 12 de secado y una zona 13 de enfriamiento con aire y se recoge en una bobina 10a de tensión.

Como se ha explicado anteriormente, cuando se produce una chapa de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente que contiene cantidades relativamente grandes de Al y Mg (denominada en lo sucesivo "chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg"), el control apropiado de la velocidad de enfriamiento hasta la solidificación completa de la capa de chapado y de la posición de finalización de la solidificación es esencial desde el aspecto de la propiedad superficial. Para esto, la velocidad de alimentación de la banda debe controlarse estrictamente y la temperatura de la banda en el momento de pasar por el enfriador 5 de chorro de aire necesita controlarse exactamente según el espesor de chapa. A continuación, para permitir el templado por laminación adecuado en el tren 8 de laminado superficial, la temperatura de la banda en el lado de entrada del laminado superficial necesita ajustarse a un nivel prescrito (por ejemplo, no superior a 70ºC) mediante enfriamiento realizado en las zonas 6 de enfriamiento con aire-agua (y la zona 14 de enfriamiento con aire) y/o la zona 7 de temple al agua. La carga de enfriamiento en estas zonas de enfriamiento varía con la velocidad de marcha de la banda y el espesor de chapa. Generalmente se pulveriza agua o una disolución de agua en las zonas de enfriamiento con aire-agua, el aire se inyecta en la zona de enfriamiento de chorro de aire y en la zona de temple al agua se suministra una corriente de agua adecuada para formar momentáneamente una película de agua sobre la superficie de la capa de chapado. En comparación con las primeras etapas de enfriamiento mencionadas, la última zona de temple al agua mencionada puede lograr una velocidad de enfriamiento más rápida debido al contacto de la corriente de agua con la superficie de la capa de chapado. Por tanto, la operación de enfriamiento eficiente puede realizarse en la zona de temple al agua independientemente de la variación en la carga de enfriamiento. Aunque el agua o una disolución de agua se pulvericen junto con una corriente de aire en la zona 6 de enfriamiento con aire-agua, no se suministra agua suficiente para formar una película de agua sobre la superficie de la capa de chapado. Por tanto, el enfriamiento es principalmente el resultado de la extracción del calor latente mediante evaporación. Esto es una forma diferente de eliminación del calor de la de por contacto con una corriente de agua como en la zona de temple al agua y, por tanto, se diferencia en la velocidad de enfriamiento.

Se encontró que la propiedad de retención del lustre de la superficie de chapado se diferencia dependiendo de la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua. Si la temperatura es 105ºC o superior, la degradación del lustre superficial se produce fácilmente. Aunque el motivo para esto no es cierto, los inventores concluyeron que las causas implican factores tales como que la reactividad de la superficie de la capa de chapado se intensifica por la aparición de un tipo de fenómeno de ebullición cuando la temperatura de la banda es 100ºC o superior tras entrar en la zona de temple al agua y que ese comportamiento del Al bajo presión atmosférica en presencia de agua se diferencia por encima y por debajo de aproximadamente 110ºC, es decir, el compuesto Al_{2}O_{3}\cdotH_{2}O (o AlOOH) es estable por encima de esta temperatura, mientras que el compuesto Al_{2}O_{3}\cdot3H_{2}O (o Al(OH)_{3}) es estable por debajo de esta temperatura, de manera que el compuesto de Al formado sobre la superficie de la capa de chapado en la zona de temple al agua se diferencia dependiendo de la temperatura de la banda de acero en el lado de entrada.

En una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg del tipo anterior que tiene una estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria], [fase de Zn] y/o [fase de Zn_{2}Mg] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg], la superficie exterior de la estructura cristalina eutéctica ternaria cambia a una forma fácilmente oxidante por la reacción química anteriormente dicha y se cree que esto es porque la degradación del lustre superficial que produce un cambio en el brillo se produce en el plazo de dos o tres días después del chapado.

En cualquier caso, los inventores descubrieron que, como se demuestra por los ejemplos expuestos más adelante, la degradación del lustre superficial de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg puede prevenirse sustancialmente regulando la temperatura de la banda de acero que entra en la zona de temple al agua a menos de 105ºC. En este caso, la operación de enfriamiento antes de la entrada en la zona de temple al agua necesita realizarse no suministrando agua suficiente a la superficie de chapado completamente solidificada para formar una película de agua que produce el temple como se hace en la zona de temple al agua, sino mediante una operación de enfriamiento suave tal como por enfriamiento con aire-agua (pulverización de niebla) o enfriamiento con aire (por ejemplo, enfriamiento con chorro de aire). Esto es porque la regulación de la temperatura de la banda de acero que entra en la zona de temple al agua a menos de 105ºC no tendría sentido si debiera realizarse una operación de temple que formara una película de agua como se realiza en la zona de temple al agua antes de que la banda de acero entre en la zona de temple al agua. Dependiendo del espesor de chapa y de la velocidad de marcha de la banda, la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua puede regularse a menos de 105ºC incluso mediante enfriamiento con aire-agua.

Sin embargo, si el espesor de chapa es grande, algunas veces puede ser imposible regular la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC. Aunque puede lograrse una cantidad suficiente de enfriamiento en las regiones de enfriamiento con aire-agua incluso cuando el espesor de chapa sea grande reduciendo la velocidad de marcha de la banda, esto es desaconsejable ya que conduce a problemas en el control del punto de solidificación y reduce la productividad. Sin embargo, incluso cuando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua sea 105ºC o superior, la degradación del lustre superficial puede inhibirse eficazmente como se demuestra por los ejemplos expuestos más adelante estando presente justamente en la superficie de chapado completamente solidificada una cantidad apropiada de un elemento fácilmente oxidante que tiene una afinidad muy fuerte por el oxígeno y un efecto estabilizante sobre óxidos de Al tales como un elemento de las tierras raras, Y, Zr o Si. En la práctica real es suficiente añadir aproximadamente el 0,002-0,05% en masa del elemento fácilmente oxidante. Aunque pueden existir otros elementos que presenten un efecto similar a los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si, ninguno ha sido identificado todavía.

Estos elementos fácilmente oxidantes tienen la propiedad de concentrarse en la porción de capa de la superficie exterior de la capa de chapado durante el procedimiento de solidificación de la capa de chapado de la chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg, o incluso después de la solidificación. Por tanto, estos elementos pueden alcanzar una concentración relativamente alta en la porción de capa de la superficie exterior incluso cuando se añaden al baño de chapado en sólo una pequeña cantidad. Se cree que esto les permite inhibir reacciones superficiales en la zona de temple al agua que afectan adversamente la propiedad de mantenimiento del lustre superficial. Sin embargo, si estos elementos fácilmente oxidantes se añaden al baño de chapado a menos del 0,002%, no manifiestan el efecto inhibidor. Por tanto, deben añadirse de manera que su contenido en la composición del baño de chapado no sea inferior al 0,002% en masa. Por otra parte, las cantidades añadidas en exceso tienen una pobre solubilidad en el baño de chapado e incluso cuando se disuelven sólo saturan el efecto inhibidor de la degradación del lustre superficial debido a que los elementos precipitan simplemente en exceso cerca de los límites de grano en la porción de la capa de la superficie de chapado. Por tanto, la cantidad añadida es tal que el contenido en el baño de chapado no sea superior al 0,10% en masa, en algunos casos no superior al 0,08% en masa, preferentemente el 0,05% en masa, más preferentemente el 0,03% en masa.

La degradación del lustre superficial que previene el efecto inhibidor producido por la adición de uno o más elementos fácilmente oxidantes actúa más eficazmente cuando, como se ha explicado en lo anterior, la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua es 105ºC o superior. Sin embargo, incluso cuando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua sea inferior a 105ºC, uno o más elementos fácilmente oxidantes pueden añadirse al baño de chapado para permanecer en el lado seguro.

En el caso en el que la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua sea 105ºC o superior, debe controlarse preferentemente para que no sea superior a 300ºC porque a más de 300ºC la carga de enfriamiento en la zona de temple al agua se vuelve demasiado grande como para prevenir la reducción suficiente de la temperatura en el lado de entrada del laminado superficial.

En una línea de producción común, si el espesor de la banda es inferior a 1,6 mm, la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua puede reducirse de forma relativamente fácil a menos de 105ºC para garantizar una buena propiedad de retención del lustre. Si el espesor de la banda es 1,6 mm o superior, desde el aspecto de la operación real es mejor garantizar la propiedad de retención del lustre mediante la adición de un elemento fácilmente oxidante que mediante el enfriamiento por la fuerza de la banda de acero de manera que tenga una temperatura en el lado de entrada a la zona de temple al agua de menos de 105ºC.

La presente invención ofrece un gran adelanto en la prevención de la degradación del lustre superficial en chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg y, por tanto, se usa con chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg que experimentan degradación del lustre superficial. Una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg tal es normalmente una capa de acero chapada con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente que presenta una resistencia a la corrosión y aspecto superficial excelentes obtenidos usando un baño basado en Zn de inmersión en caliente compuesto por Al: 4,0-15% y Mg: 1,0-4,0% como componentes básicos más Ti: 0,001-0,1% y B: 0,001-0,045%, y el resto Zn e impurezas inevitables, y confiriendo la capa de chapado una estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] o [fase de Al cristalina primaria], [fase de Zn] y/o [fase de Zn_{2}Mg] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]. La estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] es preferentemente una en la que cantidad total de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] + [fase de Al cristalina primaria] representa no menos del 80% en volumen de la estructura metálica, más preferentemente no menos del 95% en volumen de la misma. El resto puede estar constituido por [fase de Zn] y [fase de Zn_{2}Mg] más, en algunos casos, pequeñas cantidades de [cristal eutéctico binario de Zn/Zn_{2}Mg] y/o [cristal eutéctico binario de Al/Zn_{2}Mg]. Si se añade Si también puede estar presentes pequeñas cantidades de [fase de Si], [fase de Mg_{2}Si], [cristal eutéctico binario de Al/Mg_{2}Si] y similares.

Por tanto, la presente invención proporciona una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre obtenida mediante chapado por inmersión en caliente de una banda de acero usando un baño de chapado por inmersión en caliente que comprende, en % en masa,

Al:: 4,0-15%,

Mg:: 1,0-4,0%,

Ti:: 0,001-0,1%

B:: 0,001-0,045%,

el resto Zn e impurezas inevitables, formándose así una capa de chapado sobre la misma. La capa de chapado tiene una estructura metálica que incluye [fase de Al cristalina primaria] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg] o [fase de Al cristalina primaria], [fase de Zn] y/o [fase de Zn_{2}Mg] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]. Tiene una característica estructural de forma que el uno o más elementos fácilmente oxidantes se concentran en la porción de capa de la superficie exterior de la capa de
chapado.

Las cantidades de adición, acciones y efectos del Al, Mg, Ti, B, etc. que constituyen el baño de chapado siguen siendo las mismas en el baño de chapado añadido con al menos un elemento fácilmente oxidante según la presente invención. La adición de Ti y B es beneficiosa porque estos elementos actúan inhibiendo la generación y el crecimiento de la fase de Zn_{11}Mg_{2} que tiene un efecto adverso sobre el aspecto y la resistencia a la corrosión cuando la capa de chapado se aplica a la estructura metálica anteriormente dicha que incluye una estructura cristalina eutéctica ternaria de Zn_{2}Mg. Para obtener este efecto añadiendo Ti, B o aleación o compuesto de Ti-B al baño es suficiente hacer la adición de manera que el contenido en el baño sea Ti: 0,001-0,1% y B: 0,001-0,045%. A mayores contenidos de éstos, los precipitados crecen en la capa de chapado para producir "bultos" (llamados "butsu" en japonés) en la capa de chapado que desmerecen el aspecto superficial.

El Al presente en la capa de chapado mejora la resistencia a la corrosión de la chapa de acero chapado y opera para inhibir la generación de escoria durante la producción de chapa de acero chapado. Si el contenido de Al es inferior al 1,0% en masa, el efecto que mejora la resistencia a la corrosión es insuficiente y el efecto de inhibir la generación de la escoria del sistema de óxido de Mg también es baja. El contenido de Al es preferentemente no menos del 4,0% en masa. Por otra parte, si el contenido de Al supera el 15% en masa, el crecimiento pronunciado de una capa de aleación de Fe-Al en la superficie de separación entre la capa de chapado y la chapa de acero base degrada la adherencia del chapado. El contenido de Al es preferentemente el 4,5-13,0% en masa, más preferentemente el 5,0-10,0% en masa, y lo más preferentemente el 5,0-7,0% en masa.

El Mg presente en la capa de chapado genera un producto de corrosión uniforme sobre la superficie de la capa de chapado y por esto opera para intensificar notablemente la resistencia a la corrosión de la chapa de acero chapado. Si el contenido de Mg es inferior al 1,0%, esta acción de generar uniformemente un producto de corrosión tal es insuficiente. Por otra parte, si el contenido de Mg supera el 4,0%, el efecto de mejora de la resistencia a la corrosión por el Mg se satura y se produce más fácilmente la generación de escoria del sistema de óxido de Mg no deseable. Por tanto, el contenido de Mg se define como el 1,0-4,0% en masa. El contenido de Mg es preferentemente el 1,5-4,0% en masa, más preferentemente el 2,0-3,5% en masa, lo más preferentemente el 2,5-3,5% en masa.

Se encontró que el problema de la degradación del lustre superficial anteriormente dicho también se produce cuando el tratamiento químico se aplica en la etapa final de la línea de producción de chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg tal como usando la recubridora 11 de rodillos mostrada en la parte inferior de la Fig. 1, independientemente de si se forma un recubrimiento de cromato, un recubrimiento de conversión libre de cromato, una película de resina orgánica que contiene ácido crómico o una película de silicato que contiene ácido crómico u otra película tal. Dependiendo de las condiciones de producción, el fenómeno de una disminución en el brillo y la degradación del lustre superficial después de algunos días también se produce (o no se produce) en un producto chapado que tiene una película producida por tratamiento químico tal y como se produce (o no se produce) cuando no se realiza un tratamiento químico. Se encontró que este problema puede superarse similarmente controlando la temperatura de la banda anteriormente dicha en el lado de entrada a la zona de temple al agua y añadiendo al menos un elemento fácilmente oxidante al baño de chapado según la presente invención.

Más específicamente, también en el caso en el que la banda de acero se pase por una zona de tratamiento químico después de pasar por la zona de temple al agua, la degradación del lustre superficial de la chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg químicamente tratada puede inhibirse, como en el procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg anterior, controlando la temperatura la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC o añadiendo el 0,002-0,05% en masa de un elemento fácilmente oxidante al baño de chapado.

Al:: 4,0-15%,

Mg:: 1,0-4,0%,

Ti:: 0,001-0,1%

B:: 0,001-0,045%,

el resto Zn e impurezas inevitables,

formándose así una capa de chapado sobre la misma,

y tratando químicamente la capa de chapado.

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Ejemplo 1

Un baño basado en Zn de inmersión en caliente que contiene aproximadamente 6% en masa de Al, aproximadamente 3% en masa de Mg, aproximadamente 0,05% en masa de Ti y aproximadamente 0,01% en masa de B en cinc se constituyó en una instalación como la mostrada en la Fig. 1 y se fabricaron chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg (espesor: 0,8-1,0 mm) para tener una capa de chapado con una estructura metálica que incluía [fase de Al cristalina primaria], [fase de Zn] y [fase de Zn_{2}Mg] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg]. En ese momento, la temperatura la banda en el lado de salida del enfriador 5 de chorro de aire fue 335ºC o inferior de manera que la solidificación completa de la capa de chapado en el enfriador, las condiciones de enfriamiento y la velocidad de marcha la banda fueran sustancialmente constantes en las zonas 6a, 6b de enfriamiento con aire-agua, la zona 14 de enfriamiento con aire y la zona 7 de temple al agua, la temperatura la banda en el lado de salida la zona 7 de temple al agua fue 100ºC o inferior, y la banda de acero se pasó por el tren de laminado superficial a aproximadamente 70ºC o menos. El lustre superficial de la chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg obtenida era excelente y no se observaron fenómenos que produjeran la degradación de la misma.

Las bandas de acero de 1,6 mm de espesor o superior se pasaron bajo sustancialmente las mismas condiciones que las expuestas anteriormente. Aunque la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona 7 de temple al agua ascendió a aproximadamente 120-150ºC, la propia operación estuvo libre de problemas y se produjeron chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg que tenían el mismo excelente lustre superficial. Sin embargo, después de dos o tres días, el lustre superficial de estas chapas de acero disminuyó ligeramente, observándose que el valor L de brillo de algunas disminuía de 82 justo después de la fabricación a aproximadamente 75 dos días después. Entonces se aumentó la capacidad de enfriamiento de las zonas 6a, 6b de enfriamiento con aire-agua para bajar la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona 7 de temple al agua a menos de 105ºC. Como resultado ya no se observó el fenómeno de degradación del lustre superficial.

Además, cuando se realizó el tratamiento de cromado, tanto si se produjo como si no degradación del lustre superficial, de nuevo dependió de la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona 7 de temple al agua. De esto se aprendió que la degradación superficial cuando se realiza el tratamiento de cromado se produce de la misma forma que cuando no se realiza.

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Ejemplo 2

Basándose en la experiencia adquirida en el ejemplo precedente, el grado de degradación del lustre superficial de la capa de chapado se investigó realizando ensayos bajo diversas condiciones. El lustre superficial se evaluó como el brillo (L) medido como el valor L del método Lab usando un espectrofotómetro.

Primero, durante producción de chapas de acero chapado con Zn-Al-Mg por inmersión en caliente bajo las "Condiciones de chapado" expuestas más adelante, el enfriamiento con aire-agua (pulverización de niebla) y el temple al agua (proyección de corriente de agua) se realizaron bajo las "Condiciones de enfriamiento" expuestas más adelante desde la temperatura de la banda al completarse la solidificación de la capa de chapado hasta aproximadamente 30ºC. Los grados de degradación del lustre superficial de probetas de ensayo tomadas de las chapas de acero chapado obtenidas se evaluaron midiendo sus valores L una vez justo después del chapado y de nuevo después de un ensayo a temperatura y humedad constantes en el que las probetas de ensayo se colocaron en un termohigrostato mantenido a una temperatura de 60ºC y a humedad relativa del 90% durante 20 horas justo a partir de después del chapado.

Condiciones de chapado

: Banda de acero procesado: banda de acero laminado en caliente de 2,0 mm de espesor

: Composición del baño de chapado: Al = 9,0% en masa, Mg = 2,3% en masa, resto = Zn

: Temperatura del baño de chapado: 430ºC

: Peso del recubrimiento: 90 g/m^{2}

: Velocidad de marcha de la banda: 80 m/min

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Condiciones de enfriamiento (1) Enfriamiento con aire-agua

: Boquilla: boquilla de dos fluidos

: Fluidos: agua (presión = 12,5 kPa) + aire (presión = 4,0 kPa)

: Flujo de niebla de agua: como se muestra en la Tabla 1

: Flujo de niebla de aire: como se muestra en la Tabla 1

: Diámetro de partícula promedio de la niebla: aproximadamente 50 \mum

: Temperatura de la banda al inicio de la pulverización de niebla: como se muestra en la Tabla 1

: Temperatura de la banda al final de la pulverización de niebla: como se muestra en la Tabla 1

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(2) Temple al agua

: Proyector de corriente de agua: 7 filas de cabezales constituidas cada una por 10 boquillas de pulverización planas separadas a intervalos de 150 mm en la dirección de la anchura de la banda

: Fluido: agua (presión = 2,5 kgf/cm^{2})

: Flujo de agua: como se muestra en la Tabla 1

: Temperatura de la banda al inicio de la proyección de la corriente de agua: como se muestra en la Tabla 1

: Temperatura de la banda al final de la proyección de la corriente de agua: como se muestra en la Tabla 1

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En la Tabla 1 se muestran los valores L de las chapas de acero chapado obtenidas bajo las siguientes condiciones a diferentes temperaturas de la banda al inicio de la proyección de la corriente (temperatura de la banda en el lado de entrada al temple al agua) medidos justo después del chapado y después del ensayo a temperatura y humedad constantes de 20 horas. Las estructuras metálicas de las capas de chapado se examinaron observando microscópicamente una sección transversal de la capa de chapado de cada chapa de acero chapado. La capa de chapado de cada chapa de acero tenía una estructura metálica que incluía [fase de Al cristalina primaria] en una matriz de [estructura cristalina eutéctica ternaria de Al/Zn/Zn_{2}Mg], incluyendo adicionalmente algunas veces [fase de Zn] y [fase de Zn_{2}Mg] (denominada en lo sucesivo estructura metálica del "sistema de Zn_{2}Mg").

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

Como puede verse de los resultados en la Tabla 1, cuando la temperatura de la banda en el lado de entrada al temple al agua era superior a 105ºC, la tendencia del valor L de brillo a disminuir fue cada vez mayor a medida que aumentaba la temperatura. Por el contrario, cuando la temperatura era inferior a 105ºC, el brillo justo después del chapado se retuvo sin cambio durante el transcurso del tiempo, demostrando que se obtuvieron chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg que presentaban excelente propiedad de retención del lustre.

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Ejemplo 3

Las chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg producidas bajo las siguientes condiciones usando las mismas condiciones de enfriamiento después de la solidificación de la capa de chapado que en el Ejemplo 2 se examinaron para el estado de degradación del lustre superficial. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

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Condiciones de chapado

: Banda de acero procesado: banda de acero laminado en caliente de 3,2 mm de espesor

: Composición del baño de chapado: Al = 6,3% en masa, Mg = 3,2% en masa, Ti = 0,008% en masa, B = 0,002% en masa, resto = Zn

: Temperatura del baño de chapado: 390ºC

: Peso del recubrimiento: 120 g/m^{2}

: Velocidad de marcha de la banda: varió como se muestra en la Tabla 2

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Condiciones de enfriamiento (1) Enfriamiento con gas (enfriamiento sólo con enfriador de chorro de aire)

: Boquilla: boquilla similar a una placa con ranura de 5 mm de ancho

: Gas: aire (presión = 4 kPa)

: Flujo de aire: como se muestra en la Tabla 2

: Temperatura de la banda al inicio del enfriamiento con aire: como se muestra en la Tabla 2

: Temperatura de la banda al final del enfriamiento con aire: como se muestra en la Tabla 2

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(2) Temple al agua

: Fluido: agua (presión = 2,2 kgf/cm^{2})

: Flujo de agua: como se muestra en la Tabla 2

: Temperatura de la banda al inicio de la proyección de la corriente de agua: como se muestra en la Tabla 2

: Temperatura de la banda al final de la proyección de la corriente de agua: como se muestra en la Tabla 2

2

Como puede verse de los resultados en la Tabla 2, en este ejemplo como en el Ejemplo 2, cuando la temperatura de la banda en el lado de entrada al temple al agua era superior a 105ºC, la tendencia del valor L de brillo a disminuir era cada vez mayor a medida que aumentaba la temperatura, pero cuando la temperatura era inferior a 105ºC, el brillo justo después del chapado siguió siendo el mismo incluso después del ensayo a temperatura y humedad constantes de 20 horas. Las estructuras metálicas de las capa de chapado se examinaron observando microscópicamente una sección transversal de la capa de chapado de cada chapa de acero chapado. En cada chapa de acero se obtuvo coherentemente una estructura metálica de "sistema de Zn_{2}Mg".

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Ejemplo 4

Los nº B-2 a B-5 del Ejemplo 3 se sometieron a tratamiento químico de sus superficies de chapado templadas al agua bajo las condiciones expuestas a continuación. Se midieron sus brillos justo después del tratamiento químico y después de un ensayo a temperatura y humedad constantes de 20 horas mediante el procedimiento del Ejemplo 2. Los resultados se muestran en la Tabla 3.

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Condiciones del tratamiento químico A

: Procedimiento de aplicación: procedimiento de pulverización y con rodillos escurridores

: Disolución de procesamiento: Zinchrome 3387N de Nihon Parkerizing Co., Ltd. (concentración de cromo total en disolución: 10 g/l)

: Peso del recubrimiento de cromo: 10 mg/m^{2}

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Condiciones del tratamiento químico B

: Procedimiento de aplicación: procedimiento de recubrimiento con rodillos

: Disolución de procesamiento: Zinchrome 3387N añadido con 1 g/l de fluoruro de circonio (concentración de cromo total en disolución: 20 g/l)

: Peso del recubrimiento de cromo: 40 mg/m^{2}

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Condiciones del tratamiento químico C

: Procedimiento de aplicación: procedimiento de recubrimiento con rodillos

: Disolución de procesamiento: disolución acuosa compuesta principalmente por 50 g/l de fosfato de magnesio, 10 g/l de fluorotitanato de potasio y 3 g/l de ácido orgánico

: Peso de recubrimiento de los componentes metálicos: 50 mg/m^{2}

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Condiciones del tratamiento químico D

: Recubrimiento formado por el siguiente procesamiento de dos etapas

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Capa inferior

: Procedimiento de aplicación: procedimiento de ducha y con rodillos escurridores

: Disolución de procesamiento: Zinchrome 3387N (concentración de cromo total en disolución: 10 g/l)

: Peso del recubrimiento de cromo: 10 mg/m^{2}

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Capa superior

: Procedimiento de aplicación: procedimiento de recubrimiento con rodillos

: Recubrimiento orgánico: resina de uretano (espesor: 1,5 \mum)

TABLA 3

3

Como puede verse de los resultados en la Tabla 3, cuando la temperatura de la banda en el lado de entrada al temple al agua era 105ºC o superior, el valor L de brillo disminuyó con el paso del tiempo independientemente del tratamiento químico aplicado. Cuando la temperatura fue inferior a 105ºC, el brillo justo después del chapado se mantuvo sin cambio.

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Ejemplo 5

El chapado se realizó bajo las siguientes condiciones de chapado y condiciones de enfriamiento con uno o más elementos fácilmente oxidantes añadidos al baño de chapado. Cada chapado se examinó para la degradación del lustre superficial. Los resultados se muestran en la Tabla 4.

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Condiciones de chapado

: Banda de acero procesado: banda de acero laminado en caliente de 1,6 mm de espesor

: Composición del baño de chapado: como se muestra en la Tabla 4

: Temperatura del baño de chapado: 450ºC

: Peso del recubrimiento: 190 g/m^{2}

: Velocidad de marcha de la banda: 60-120 m/min

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Condiciones de enfriamiento (1) Enfriamiento con aire-agua

: Boquilla: boquilla de dos fluidos

: Fluidos: agua (presión = 1,0-3,5 kgf/cm^{2}) + aire (presión = 2,5-5,0 kgf/cm^{2})

: Flujo de niebla de agua: 0-8 m^{3}/h

: Flujo de niebla de aire: 0-600 m^{3}/min

: Diámetro de partícula promedio de la niebla: 10-30 \mum

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(2) Enfriamiento con gas

: Boquilla: boquilla similar a una placa con ranura de 5 mm de ancho

: Gas: aire (presión = 4 kPa)

: Flujo de aire: 0-3500 m^{3}/m

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(3) Temple al agua

: Fluido: agua (presión = 3,0 kgf/cm^{2})

: Flujo de agua: 180 m^{3}/h

: Temperatura de la banda al inicio de la proyección de la corriente de agua: como se muestra en la Tabla 4

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(Tabla pasa a página siguiente)

4

5

Como se muestra en la Tabla 4, cuando las chapas de acero chapado como aquellas cuyos valores L de brillo disminuyeron a aproximadamente 71 después del ensayo a temperatura y humedad constantes de 20 horas en los Ejemplos 2 y 3 se produjeron del mismo modo, excepto por la adición de al menos un elemento fácilmente oxidante al baño de chapado, la disminución en el valor L de brillo se inhibió por el elemento fácilmente oxidante añadido. Cuando la porción de la capa de la superficie de chapado de la chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg nº C-7 añadida con Si se sometió a análisis de su composición elemental por ESCA se encontró que casi todo el Si se concentró en la porción de capa de la superficie exterior del chapado y casi no estaba presente Si en el interior de la capa de chapado. Una comparación de los resultados del análisis por ESCA para una chapa de acero chapado cuyo valor L de brillo disminuyó durante la prueba a temperatura y humedad constantes de 20 horas (nº C-10) con los resultados para una chapa de acero chapado cuyo valor L de brillo no disminuyó (nº C-5) mostró que el Mg tendía a estar muy presente en la porción de capa de la superficie exterior de la capa de chapado de la primera chapa de acero chapado.

La Tabla 4 incluye casos en los que la capa de chapado templada al agua se trató químicamente (nº C-12 a nº C-15). El grado de disminución en el valor L de brillo se diferencia dependiendo de si se añade o no un elemento fácilmente oxidante y puede verse que cuando se añadió un elemento fácilmente oxidante se inhibió la disminución en el valor L de brillo.

Como se ha explicado en lo anterior, la presente invención puede prevenir eficazmente el fenómeno de degradación del lustre superficial que es peculiar de chapas de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg. Por tanto, puede proporcionar una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente que contiene Mg que es buena en la resistencia a la corrosión y también excelente en la propiedad de retención del lustre.

Claims

1. Un procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre que comprende:

una etapa de sumergir y extraer continuamente la banda de acero en/de un baño de Zn de inmersión en caliente que consiste en, en % en masa,

Al:: 4,0-15%,

Mg:: 1,0-4,0%

Ti:: 0,001-0,1%

B:: 0,001-0,045%

el resto Zn e impurezas inevitables,

formándose así una capa de chapado sobre la misma;

una etapa de pasar después continuamente la banda de acero por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua, en el que la degradación del lustre de la capa de chapado se inhibe en ese momento controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a menos de 105ºC y, si se desea, una etapa de pasar la banda de acero pasado por la zona de temple al agua por una zona de tratamiento químico.

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2. Un procedimiento de producción de una chapa de acero chapado con Zn por inmersión en caliente excelente en la propiedad de retención del lustre que comprende:

Al:: 4,0-15%.

Mg:: 1,0-4,0%

Ti:: 0,001-0,1%

B:: 0,001-0,045%

al menos un elemento fácilmente oxidante seleccionado de entre los elementos de las tierras raras, Y, Zr y Si:

0,002-0,05%, y

el resto Zn e impurezas inevitables,

formándose así una capa de chapado sobre la misma;

una etapa de pasar después continuamente la banda de acero por una zona de temple al agua que efectúa el enfriamiento mientras que pone la superficie de la capa de chapado completamente solidificada en contacto con una corriente de agua, en el que la degradación del lustre de la capa de chapado se inhibe en ese momento controlando la temperatura de la banda en el lado de entrada a la zona de temple al agua a no menos de 105ºC y a no más 300ºC y, si se desea, una etapa de pasar la banda de acero pasado por la zona de temple al agua por una zona de tratamiento químico.