ES2943270T3 - Método para producir una tira de acero con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para producir una tira de acero con una capa de revestimiento de aleación de aluminio en un proceso de revestimiento continuo. La invención también se refiere a un fleje de acero revestido con una capa de revestimiento de aleación de aluminio que se puede producir de acuerdo con el método, el uso de dicho fleje de acero revestido y el producto fabricado utilizando el fleje de acero revestido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método para producir una tira de acero con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio
La invención se refiere a un método para producir una tira de acero con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio en un proceso de recubrimiento continuo. La invención también se refiere a una tira de acero recubierta con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio que se puede producir de acuerdo con el método, el uso de dicha tira de acero recubierta y el producto fabricado utilizando la tira de acero recubierta.
Es conocido en la técnica el uso de una aleación de aluminio-silicio para recubrir una tira de acero para producir artículos conformados en caliente. Una de las primeras solicitudes de patente presentadas a este respecto es EP0971044. Se ha encontrado en la práctica que los productos producidos por conformado en caliente de piezas toscas de forja cortadas a partir de esta tira de acero recubierta con aluminio-silicio suprimen la formación de incrustaciones durante el proceso de conformado en caliente, debido a la presencia del recubrimiento de aluminiosilicio. El recubrimiento de aluminio-silicio de la técnica anterior contiene aproximadamente del 9 al 10% en peso de silicio. Cabe señalar que cuando se hace referencia a un recubrimiento de aluminio-silicio, también conocido como recubrimiento de Al-Si, ese AI y Si se consideran elementos característicos, pero otros elementos pueden estar presentes, y generalmente lo están, también en el recubrimiento. Por medio de un ejemplo no limitativo: debido a la alta temperatura del proceso de recubrimiento y el proceso de conformado en caliente, el hierro se disolverá del sustrato de acero en el recubrimiento.
Sin embargo, a pesar de su uso en procesos de conformado en caliente, también se ha encontrado que durante el proceso de conformado en caliente el recubrimiento de aluminio-silicio se funde a unos 575 °C cuando la pieza tosca de forja recubierta se calienta a una temperatura superior a la temperatura Ac1 del acero, provocando la adherencia del aluminio-silicio fundido a los rollos de transporte en el horno de radiación en el que se calientan las piezas toscas de forja. Debido a la alta reflectividad de estos recubrimientos para la radiación térmica, las piezas toscas de forja solo se calientan lentamente y, por lo tanto, se necesita mucho tiempo para que el recubrimiento se sature con hierro por difusión desde el sustrato de acero. Esto se ve exacerbado por la fusión del recubrimiento que aumenta aún más la reflectividad.
Se han hecho varios intentos para resolver estos problemas. Por ejemplo, el documento EP2240622 divulga que una bobina de acero recubierta de aluminio-silicio puede calentarse en un horno de recocido tipo campana durante varias horas a una temperatura determinada para lograr la aleación del recubrimiento con hierro. El documento EP2818571 divulga que una bobina de acero recubierta con aluminio-silicio se coloca en un desbobinador, y la tira se transporta a través de un horno a una temperatura determinada y durante un período de tiempo determinado para lograr la aleación del recubrimiento con hierro. Después de esta difusión previa, se pueden producir las piezas toscas de forja a partir de la tira difundida previamente. Sin embargo, ambos métodos requieren una etapa de proceso adicional, uso adicional de equipo, tiempo adicional y energía adicional. Por estas razones, en la práctica no se utiliza la aleación de la tira o de las piezas toscas de forja antes del calentamiento en el horno de conformado en caliente .
Es un objetivo de la invención proporcionar un método para producir una tira de acero recubierta con aleación de aluminio que sea fácil y económico de usar, y que proporcione un recubrimiento de aleación de aluminio que no se adhiera a los rollos de transporte durante su uso en un horno para conformado en caliente.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un método para producir tiras de acero recubiertas con aleación de aluminio en el que las piezas toscas de forja producidas a partir de ellas puedan calentarse rápidamente.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un método para producir una tira de acero recubierta con aleación de aluminio que pueda implementarse en líneas de producción existentes.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un método para producir una tira de acero recubierta de aleación de aluminio que pueda implementarse en líneas de producción que incorporen equipos de calentamiento que hagan uso de medios de calentamiento inductivos o conductivos.
Es otro objetivo de la invención proporcionar una tira de acero recubierta con una aleación de aluminio mejorado para su uso en un proceso de conformado en caliente.
Es además un objetivo de la invención proporcionar el uso de la tira de acero antes mencionada en un proceso de conformado en caliente.
Es además un objetivo de la invención proporcionar el producto resultante del uso de la tira de acero de acuerdo con la invención.
Uno o más de estos objetivos se pueden alcanzar con un método para producir una tira de acero recubierta en uno o ambos lados con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio en un recubrimiento continuo por inmersión en caliente y un proceso posterior de recocido previa a la difusión, comprendiendo dicho proceso una etapa de recubrimiento por inmersión en caliente en la que la tira de acero se hace pasar con una velocidad v a través de un
baño de una aleación de aluminio fundido para aplicar una capa de recubrimiento de aleación de aluminio a uno o ambos lados de la tira de acero, y una etapa de recocido previa a la difusión, en la que
• el espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio aplicada en uno o ambos lados de la tira de acero está entre 5 y 40 pm y en el que la capa de recubrimiento de aleación de aluminio comprende 0.4 a 4.0 % en peso de silicio, y en el que
• la tira de acero recubierta con aleación de aluminio entra en la etapa de recocido previa a la difusión mientras que al menos la capa exterior de la capa o capas de recubrimiento de aleación de aluminio está por encima de su temperatura de liquidus, y la tira se recoce a una temperatura de recocido de al menos 600 °C y como máximo 800 °C durante un máximo de 40 segundos para promover la difusión del hierro desde la tira de acero hacia la capa o capas de recubrimiento de aleación de aluminio para formar una capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio sustancialmente completamente aleado;
seguido por el enfriamiento de la tira de acero recubierta recocida previa a la difusión a temperatura ambiente.
La capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleados consisten sustancialmente en su totalidad en aluminuros de hierro con silicio en solución sólida. En relación con esta invención, se considera que los aluminuros de hierro con silicio en solución sólida incluyen intermetálicos de hierro y aluminio tales como Fe2Al5 y FeAl3 , así como intermetálicos de hierro-aluminio-silicio como la fase t (Fe2 SiAh ).
Cabe señalar que el recubrimiento continuo por inmersión en caliente se realiza haciendo pasar una tira por el baño de una aleación de aluminio fundido. El recocido previo a la difusión posterior se puede realizar en línea con el recubrimiento por inmersión en caliente, es decir, inmediatamente después del recubrimiento por inmersión en caliente o (mucho) más tarde fuera de línea. El recocido previa a la difusión también se puede realizar en un momento posterior sobre láminas o piezas toscas de forja tomadas de la tira de acero recubiertas por uno o ambos lados con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio. Las realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.
La capa de recubrimiento de aleación de aluminio sobre la tira o lámina de acero recubierta antes del calentamiento y el conformado en caliente y la difusión previa comprende al menos tres capas distintas, vistas desde el sustrato de acero hacia el exterior:
- capa intermetálica 1, que consiste en una fase de Fe2Al5 con Si en solución sólida;
- capa intermetálica 2, que consiste en una fase de FeAh con Si en solución sólida;
- capa exterior, aleación de aluminio solidificada con la composición del baño de aleación de aluminio fundido, es decir, incluyendo la presencia inevitable de impurezas y elementos disueltos de las tiras anteriores.
La composición de la capa de recubrimiento completamente aleado después de la etapa de recocido previa a la difusión consiste sustancialmente en su totalidad en intermetálicos de hierro-aluminio. Puede haber cantidades insignificantes de otros componentes en la microestructura pero estos no afectan negativamente a las propiedades de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado que se obtiene en el método de acuerdo con la invención después de la etapa de recocido previa a la difusión. La intención es que la capa de recubrimiento completamente aleado después de la etapa de recocido previa a la difusión consista completamente en intermetálicos de hierro-aluminio, y que así se obtenga una capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleados.
Los inventores creen que el recubrimiento de aluminio-silicio de la técnica anterior es difícil de alear con hierro debido al alto contenido de silicio en el recubrimiento de aluminio. Sin estar ligado a la teoría, se cree que la presencia de silicio bloquea las rutas de difusión del hierro y ralentiza el crecimiento de los intermetálicos de Fe-Al. Los inventores han descubierto que cuando se reduce la cantidad de silicio en el recubrimiento de acuerdo con la invención, el silicio todavía presente no impedirá sustancialmente la difusión del hierro en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio. En comparación con las capas de aluminio-silicio de la técnica anterior, la difusión del hierro no se ve impedida en absoluto, o sólo en una medida relativamente ineficaz.
Después de la experimentación, los inventores han descubierto que se debe usar un contenido de silicio de entre 0.4 y 4.0 % (todos los porcentajes son en porcentaje en peso (% en peso) a menos que se indique lo contrario) en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio para permitir la difusión de hierro en el recubrimiento de aleación de aluminio en la etapa de recocido previa a la difusión inmediatamente después del recubrimiento de la tira de acero con la capa de recubrimiento de aleación de aluminio. La difusión se puede realizar entonces en un tiempo breve de 40 segundos como máximo, y en este período de tiempo el hierro de la tira de acero se habrá difundido por todo el espesor del recubrimiento. El tiempo debe ser breve para permitir la adaptación del ciclo de recocido a las líneas o conceptos de línea existentes de recubrimiento por inmersión en caliente. La difusión debe tener lugar a una temperatura de recocido entre 600 y 800 °C, de modo que la difusión del hierro en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio líquido sea rápida. Después de sumergir la tira de acero en la aleación de aluminio fundido, la capa exterior de la tira de acero recubierta que sale del baño de aleación de aluminio fundido sigue siendo líquida. Entonces, la temperatura de recocido está por encima de la temperatura de fusión de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio. En la etapa de recocido previa a la difusión, se promueve la difusión de hierro desde la tira de acero hacia la capa de recubrimiento
de aleación de aluminio para formar una aleación de aluminio-hierro-silicio completamente aleado, que consiste sustancialmente en su totalidad en aluminuros de hierro con silicio en solución sólida (por ejemplo, Fe2Al5, FeAh, fase t (Fe2SiAh)). El recocido por difusión se puede realizar rápidamente después del recubrimiento continuo sin necesidad de proporcionar ningún enfriamiento o calentamiento sustancial entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa de recocido previa a la difusión porque la temperatura de recocido está preferiblemente en el mismo intervalo que la temperatura para el recubrimiento continuo. La etapa de recocido previa a la difusión debe ejecutarse mientras la capa de recubrimiento aplicada todavía es líquida para permitir la rápida difusión del hierro en la capa de recubrimiento. La difusión del hierro en una capa de recubrimiento ya solidificada sería demasiado lenta. La lenta difusión del hierro en una capa de recubrimiento de aleación de aluminio solidificado es una de las razones por las que la etapa de calentamiento en el proceso convencional de conformado en caliente lleva tanto tiempo. La alta reflectividad del recubrimiento solidificado es el otro factor contribuyente. La incorporación de la etapa de recocido previa a la difusión en la línea continua de recocido y recubrimiento como se muestra en la Figura 1A permite que el recocido de difusión se lleve a cabo rápidamente, debido al estado fundido de la capa de recubrimiento, y no requiere una etapa de proceso adicional de recalentamiento y enfriamiento, porque está integrado en la línea de recubrimiento continuo. Tal etapa adicional del proceso también tendría las desventajas de tener que comenzar la difusión desde una capa de recubrimiento ya solidificada, por lo que este proceso sufriría los mismos problemas que la etapa de calentamiento en un proceso de conformado en caliente (reflectividad, difusión lenta). El proceso de acuerdo con la invención puede integrarse en líneas existentes, porque es muy rápido y, por lo tanto, requiere relativamente poco espacio, inversión de capital y costes operativos.
En la invención, la tira o lámina de acero recubierta por inmersión en caliente se somete después del recubrimiento a un tratamiento previa a la difusión. Esto acorta la etapa de conformado en caliente en el sentido de que la difusión de hierro en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio ya se ha producido y que la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se ha convertido en una capa de recubrimiento de Al-Fe-Si completamente aleado que consiste esencialmente en aluminuros de hierro con silicio en solución sólida. También puede mejorar la consistencia del producto porque el tratamiento previa a la difusión se puede realizar en un entorno más controlado, p. ej., en una línea separada de recocido continuo o en una sección de recocido inmediatamente después de la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente. También permite el uso de un horno de inducción en lugar de un horno de radiación para recocer las piezas toscas de forja antes del conformado en caliente porque ya no hay fase líquida cuando se recoce una lámina o tira recubierta previamente por difusión de acuerdo con la invención.
En una realización de la invención, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio sobre la tira o lámina de acero recubierta antes del calentamiento y el conformado en caliente y la difusión previa opcional comprende al menos tres capas distintas, vistas desde el sustrato de acero hacia el exterior:
- capa intermetálica 1, que consiste en Fe2Al5 fase con Si en solución sólida;
- capa intermetálica 2, que consiste en FeAh fase con Si en solución sólida;
- capa exterior, aleación de aluminio solidificado con la composición del baño de aleación de aluminio fundido, es decir, incluyendo la inevitable presencia de impurezas y elementos disueltos de las tiras anteriores.
La Figura 9A muestra este sistema de capas, siendo la capa superior de color gris oscuro la capa exterior, la materia negra con la A mayúscula como material de incrustación, el material más claro como el sustrato metálico y el FeAh y Fe2Al5 entre la capa exterior y el sustrato de metal.
Aunque idealmente las capas intermetálicas constan solo de los compuestos mencionados, es posible que pueda haber cantidades insignificantes de otros componentes presentes así como impurezas inevitables o compuestos intermedios. La fase t dispersa (Fe2SiAh) con mayores contenidos de silicio sería uno de esos compuestos inevitables. Sin embargo, se ha encontrado que estas cantidades insignificantes no tienen efectos adversos sobre las propiedades del sustrato de acero recubierto. La intención es que la capa de recubrimiento completamente aleado después de la etapa de recocido previa a la difusión consista enteramente en aluminuros de hierro con silicio en solución sólida, y que así se obtenga una capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleados.
En el método de acuerdo con la invención, la tira no se enfría a temperatura ambiente entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa de recocido previa a la difusión. Preferiblemente, no hay ningún tipo de enfriamiento activo entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa de recocido previa a la difusión. La tira puede tener que ser recalentada a la temperatura de recocido previa a la difusión de entre 600 y 800 °C para compensar el enfriamiento de la tira después de salir del baño y el efecto de enfriamiento de los medios de control del espesor, tales como cuchillas de aire. Solo después de la etapa de recocido previa a la difusión, la tira se enfría a temperatura ambiente. Este enfriamiento generalmente se lleva a cabo en dos etapas, en las que el enfriamiento inmediatamente después del recocido está destinado a evitar cualquier adherencia o daño de la capa de recubrimiento completamente aleado a los rollos giratorios, y generalmente se ejecuta con un enfriamiento por aire o niebla a una velocidad de enfriamiento de aproximadamente entre 10 y 30 °C/s y más adelante en la línea, la tira con la capa de recubrimiento de Al-Fe-Si completamente aleado se enfría rápidamente, generalmente mediante enfriamiento rápido en agua. Se observa que el efecto del enfriamiento es principalmente térmico para evitar daños en la línea y la capa de recubrimiento de Al-Fe-Si completamente aleado, y que el efecto del enfriamiento sobre las propiedades del sustrato de acero es insignificante.
El contenido mínimo de silicio de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio es del 0.4 % en peso. Por debajo del 0.4 %, existe un mayor riesgo de que se forme una interfaz similar a un dedo entre la capa de aleación inicial después de la etapa de inmersión en caliente y los restos de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio aún sin alear que todavía tienen la composición de la aleación de aluminio fundido debido al crecimiento irregular de la capa de aleación. Por encima del 0.4 % se evita este crecimiento irregular. Por encima del 4.0 % de Si, la presencia de Si hace imposible una aleación rápida.
El bajo contenido de silicio en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio (0.4 - 4.0 % en peso de Si) de acuerdo con la invención en comparación con la capa de recubrimiento de aluminio-silicio de la técnica anterior (9 - 10 % en peso de Si) permite completar toda la aleación en un tiempo lo suficientemente corto (como máximo 40 segundos) para permitir su implementación en líneas de recubrimiento por inmersión en caliente existentes.
La capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado después de la etapa de recocido previa a la difusión también puede denominarse capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio previamente difundida, porque ya ha tenido lugar la difusión requerida del hierro en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio y la saturación con hierro. En el proceso de la técnica anterior, esta difusión de hierro y la formación de aluminuro de hierro que consiste sustancialmente en su totalidad en intermetálicos de hierro-aluminio tiene que tener lugar durante la etapa de calentamiento antes de la etapa de conformado en caliente y, por lo tanto, esta etapa de calentamiento de la técnica anterior es considerablemente más larga que la etapa de calentamiento requerido cuando se usa la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio previamente difundida de acuerdo con la invención. Cabe señalar que la etapa de calentamiento de la etapa de conformado, que se calienta a una temperatura más alta (típicamente entre 850 y 950 °C) durante un tiempo más largo (típicamente del orden de 4 a 10 minutos) que la etapa de recocido previa a la difusión (600 a 800 °C durante un máximo de 40 segundos) da como resultado un cambio en la estructura de la tira recubierta independientemente de si la tira es una capa de recubrimiento de Al-Fe-Si completamente aleado o una capa de recubrimiento recién sumergida y aún sin alear. Tan pronto como la capa de recubrimiento se satura con Fe, el AI comienza a difundirse en el sustrato de acero, enriqueciendo así el acero con Al. Tan pronto como se ha difundido suficiente AI en el sustrato de acero, la capa superficial del sustrato de acero permanece ferrítica durante el conformado en caliente. Esta capa de ferrita de alto contenido de aluminio es muy dúctil y evita que las grietas en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio lleguen al sustrato de acero. En la Figura 8 se muestran ejemplos de esta capa dúctil de ferrita alta en Al.
Existen dos variantes de conformado en caliente: estampado en caliente directo e indirecto. El proceso directo comienza con una pieza tosca de forja recubierta que se calienta y se conforma, mientras que el proceso indirecto utiliza un componente preformado de una pieza tosca de forja recubierta que posteriormente se calienta y se enfría para obtener las propiedades y la microestructura deseadas después del enfriamiento. En el método directo, una pieza tosca de forja de acero se calienta en un horno a una temperatura lo suficientemente alta para que el acero se transforme en austenita, se conforme en caliente en una prensa y se enfríe para obtener la microestructura final deseada del producto. Los inventores encontraron que el método de acuerdo con la invención es muy adecuado para recubrir una tira de acero de cualquier grado de acero que dé como resultado propiedades mejoradas después del enfriamiento del producto conformado en caliente. Ejemplos de estos son los aceros que dan como resultado una microestructura martensítica después de enfriarse desde el intervalo austenítico a una velocidad de enfriamiento que excede la velocidad de enfriamiento crítica. Sin embargo, la microestructura después del enfriamiento también puede comprender mezclas de martensita y bainita, mezclas de martensita, austenita retenida y bainita, mezclas de ferrita y martensita, mezclas de martensita, ferrita y bainita, mezclas de martensita, austenita retenida, ferrita y bainita, o incluso ferrita y perlita muy fina. La capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado protege la tira de acero contra la oxidación durante el calentamiento, el conformado en caliente y el enfriamiento y contra la descarburación y proporciona una adecuada adhesión de la pintura y protección contra la corrosión del producto conformado final que se utilizará, por ejemplo, en aplicaciones automotrices.
La tira de acero puede ser una tira laminada en caliente o una tira laminada en frío. Preferiblemente, el acero es una tira de acero laminada en frío completamente duro. Antes de la inmersión en la aleación de aluminio fundido, la tira laminada en frío completamente dura puede haber sido sometida a un recocido de recristalización o un recocido de recuperación. Si la tira se sometió a un recocido de recristalización o recocido de recuperación, entonces es preferible que este recocido de recristalización o recuperación sea continuo y se una en caliente a la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente. El grosor de la tira de acero está típicamente entre 0.4 y 4.0 mm, y preferiblemente al menos 0.7 y/o como máximo 3.0 mm.
La tira de acero recubierta de acuerdo con la invención proporciona una buena protección contra la oxidación durante el conformado en caliente, por un lado, y proporciona una excelente adherencia de la pintura de la parte terminada, por el otro. Es importante que si hay una fase t presente en la capa superficial que está presente en forma de islas incrustadas, es decir, una dispersión, y no como una capa continua. Una dispersión se define como un material que comprende más de una fase en la que al menos una de las fases (la fase dispersa) consta de dominios de fase finamente divididos incrustados en la fase de matriz. La mejora de la adherencia de la pintura es el resultado de la ausencia o la presencia limitada de la fase t que los inventores encontraron responsable de la mala adherencia de los recubrimientos conocidos. Dentro del contexto de esta invención, una fase se considera una fase t si la composición está en el siguiente intervalo de fase de FexSiyAlz con un intervalo de composición de 50 - 70% en peso de Fe, 5 -15% en peso de Si y 20 - 35% en peso de Al. La fase t se forma cuando se excede la solubilidad del silicio como
resultado de la difusión de hierro en la capa de aluminio. Como resultado del enriquecimiento con hierro, se supera la solubilidad del silicio y se forma la fase t , tal como Fe2SiAh. Esta ocurrencia impone restricciones a la duración del recocido y la altura de la temperatura de recocido durante el proceso de conformado en caliente. Por lo tanto, la formación de la fase t puede evitarse o restringirse fácilmente, principalmente mediante el control del contenido de silicio en la capa de aleación de aluminio en la tira o lámina de acero y, en segundo lugar, mediante la temperatura y el tiempo de recocido. La ventaja añadida de esto es que también se puede reducir la duración de las piezas toscas de forja en el horno, lo que puede permitir hornos más cortos, lo que es una ventaja económica. La combinación de temperatura y tiempo de recocido para una capa de recubrimiento determinada se determina fácilmente mediante una experimentación sencilla seguida de una observación microestructural de rutina (véanse los ejemplos a continuación). Cabe señalar que el porcentaje de fase t se expresa en % de área, porque la fracción superficial se mide en una sección transversal de la capa de recubrimiento. Preferiblemente, la capa de recubrimiento está libre de fase t . Debido a la influencia de la presencia de la fase t en la adhesión de la pintura, es preferible que no haya fase t en la capa de recubrimiento, o al menos ninguna fase t en la capa superficial más externa donde la pintura estaría en contacto con la capa de recubrimiento.
La contigüidad (C) es una propiedad utilizada para caracterizar la microestructura de los materiales. Cuantifica la naturaleza conectada de las fases en un compuesto y se puede definir como la fracción de la superficie interna de una fase compartida con otras partículas de fase en una estructura bifásica a-p. La contigüidad de una fase varía entre 0 y 1 a medida que la distribución de una fase en la otra cambia de una estructura completamente dispersa (sin contactos a-a) a una estructura completamente aglomerada (solo contactos a-a). Las áreas interfaciales se pueden obtener usando un método simple de contar intersecciones con límites de fase en un plano pulido de la microestructura y la contigüidad se puede obtener mediante las siguientes ecuaciones: donde Ca y Cp son la contigüidad de las fases a y p, N l°° y N lpp son el número de intersecciones de las interfaces a/a y p/p, respectivamente, con una línea aleatoria de longitud unitaria, y N l°p es el número de interfaces a/p con una línea aleatoria de longitud unitaria. Con una contigüidad C. de 0, no hay granos a que toquen otros granos a. Con una contigüidad C. de 1, todos los granos a tocan otros granos a, lo que significa que solo hay un gran bulto de granos a incrustados en la fase p.
Preferiblemente, la contigüidad de la fase t , si está presente, en la capa superficial es menor que C t < 0.4. En una realización de la invención, la composición de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado es 50 - 55 % en peso de Al, 43 - 48 % en peso de Fe, 0.4 - 4 % en peso de Si y elementos e impurezas inevitables consistentes con el proceso de recubrimiento por inmersión en caliente. Se observa que se sabe que algunos elementos se agregan a la masa fundida por razones específicas: Ti, B, Sr, Ce, La y Ca son elementos utilizados para controlar el tamaño de grano o modificar el punto eutéctico del aluminio-silicio. Se pueden agregar Mg y Zn al baño para mejorar la resistencia a la corrosión del producto final conformado en caliente. Como resultado, estos elementos también pueden terminar en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio y, en consecuencia, también en la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado. Preferiblemente, el contenido de Zn y/o el contenido de Mg en el baño de aleación de aluminio fundido está por debajo del 1.0 % en peso para evitar la escoria superior. Es probable que elementos como Mn, Cr, Ni y Fe también estén presentes en el baño de aleación de aluminio fundido como resultado de la disolución de estos elementos de la tira de acero que pasa a través del baño y, por lo tanto, pueden terminar en la capa de recubrimiento de aleación de aluminio. Un nivel de saturación de hierro en el baño de aleación de aluminio fundido está típicamente entre 2 y 3 % en peso. Así, en el método de acuerdo con la invención, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio contiene típicamente elementos disueltos del sustrato de acero, tales como manganeso, cromo y hierro, hasta el nivel de saturación de estos elementos en el baño de aleación de aluminio fundido.
En una realización de la invención, la aleación de aluminio fundido contiene entre 0.4 y 4.0% en peso de
silicio, y el baño de aleación de aluminio fundido se mantiene a una temperatura entre su temperatura de fusión y 750 °C, preferiblemente a una temperatura de al menos 660 °C y/o como máximo 700 °C. Preferiblemente, la temperatura de la tira de acero que ingresa a la aleación de aluminio fundido está entre 550 y 750 °C, preferiblemente al menos 660 °C y/o como máximo 700 °C. Esto permite que la tira pase de la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente a la etapa de recocido previa a la difusión sin calentamiento o enfriamiento sustancial, y preferiblemente sin ningún enfriamiento activo entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa de recocido previa a la difusión. El calentamiento activo sólo será necesario para compensar cualquier pérdida de temperatura debida al enfriamiento pasivo después de salir del baño y debido al efecto de enfriamiento (no intencionado) de los medios de control del espesor. La temperatura en la etapa de recocido previa a la difusión está entre 600 y 800 °C, preferiblemente al menos 630, más preferiblemente al menos 650 °C y/o como máximo 750 °C. Normalmente, la temperatura en la etapa de recocido previa a la difusión está entre 680 y 720 °C.
En una realización preferida, la tira de acero se conduce a través de la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa de recocido previa a la difusión a una velocidad v de entre 0.6 m/s y 4.2 m/s, preferiblemente como máximo de 3.0 m/s, más preferiblemente una velocidad de al menos 1.0 y/o como máximo 2.0 m/s. Estas velocidades son velocidades industriales para una línea de recubrimiento por inmersión en caliente, y el método de acuerdo con la invención permite mantener esta velocidad de producción.
En una realización, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio contiene al menos 0.5 % en peso de Si, preferiblemente al menos 0.6 % en peso de Si, o incluso 0.7 o 0.8 % en peso. En una realización, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio contiene como máximo 3.5, preferiblemente como máximo 3.0 % en peso de Si, o incluso como máximo 2.5 % en peso.
En una realización, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio contiene de 1.6 a 4.0 % en peso de silicio, preferiblemente al menos 1.8 % en peso y/o como máximo 3.5, 3.0 o 2.5 % en peso de silicio. Esta realización es particularmente adecuada para capas de recubrimiento delgadas, normalmente por debajo de 20 pm.
En otra realización, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio contiene de 0.4 a 1.4 % en peso de silicio, preferiblemente de 0.5 a 1.4 % en peso de silicio, más preferiblemente de 0.7 a 1.4 % en peso de silicio. Un valor máximo adecuado es 1.3% en peso de silicio. Esta realización es particularmente adecuada para capas de recubrimiento más gruesas, normalmente de 20 pm o más gruesas.
Preferiblemente, el espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio es de al menos 10 y/o como máximo 40 pm, preferiblemente al menos 12 pm, más preferiblemente al menos 13 pm, preferiblemente como máximo 30, más preferiblemente como máximo 25 pm. Existe un equilibrio entre el espesor de la capa de recubrimiento en términos de costes de aleación por un lado y la velocidad del proceso de recocido y la resistencia a la oxidación por el otro. Los inventores encontraron que los intervalos anteriores permiten una elección equilibrada. La ventana óptima desde este punto de vista está entre 15 y 25 pm. Además, debe tenerse en cuenta que el grosor de un lado de la tira de acero puede ser diferente del grosor del otro lado y, en un caso extremo, puede haber solo una capa de recubrimiento de aleación de aluminio en un lado de la tira de acero y ninguna en la otra. Sin embargo, esto toma precauciones adicionales durante el recubrimiento por inmersión en caliente, y por lo tanto el caso normal será que haya una capa de recubrimiento de aleación de aluminio en ambos lados, opcionalmente con diferentes espesores.
En una realización preferida, el espesor d (en pm) de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado en función del contenido de silicio (en % en peso) de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado está encerrado en el espacio d del Si por las ecuaciones (1), (2) y (3):
(1) d > - 1.39-Si 12.6 y
(2) d < - 9.17-Si 43.7 y
(3) Si > 0.4 %.
Cuanto mayor sea el contenido de silicio, menor será el espesor d de la capa de recubrimiento y menor será la ventana operativa.
En una realización preferida, el tiempo de recocido en la etapa de recocido previa a la difusión es como máximo de 30 segundos. Cuanto más corto sea el tiempo de recocido, más cortos serán los medios de recocido en la etapa de recocido previa a la difusión y, por lo tanto, menores serán los costes operativos y de capital para la instalación. Preferiblemente, los medios de recocido comprenden, o consisten en, un horno de tipo inducción. Este tipo de calentamiento es rápido, limpio y reactivo. No hay que mantener una atmósfera de horno complicada, como sería el caso cuando se utilizan quemadores. Además, el impacto ambiental de los hornos de inducción es menor en comparación con otros tipos de hornos. El calentamiento por contacto o el calentamiento por resistencia pueden lograr los mismos beneficios. Una ventaja adicional del calentamiento por inducción y el calentamiento por resistencia es que el calor se genera en la tira y, por lo tanto, proviene del interior, lo que es beneficioso para promover la difusión del hierro desde la tira de acero hacia la capa de recubrimiento de aleación de aluminio. Los hornos alternativos para inducción, o además de los mismos, pueden ser hornos de tubo radiante, hornos de fuego directo u hornos de calentamiento eléctrico, o mezclas de los mismos. Preferiblemente, el tiempo de recocido en la etapa de recocido previa a la difusión es de al menos 2 y preferiblemente de al menos 5 segundos, y preferiblemente de 25 segundos como máximo. Un tiempo de recocido mínimo típico es de 10 segundos, un tiempo de recocido máximo típico es de 20 segundos. La entrada de la etapa de recocido previa a la difusión está lo más cerca posible de los medios de control del espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio, tal como cuchillas de aire, ya que la etapa de recocido previa a la difusión debe ejecutarse mientras al menos la capa exterior de la capa que recubre la aleación de aluminio sigue siendo líquida. Prácticamente, la entrada de la etapa de recocido previa a la difusión será de aproximadamente 0.5 a 5.0 m después de los medios de control de espesor.
El tiempo de inmersión de la tira de acero en el baño de aleación de aluminio fundido es de entre 2 y 10 segundos. Un tiempo más largo requiere un baño muy profundo o una trayectoria complicada en el mismo, o una línea de marcha muy lenta, lo cual no es deseable, mientras que debe haber suficiente tiempo para acumular el espesor de la capa. Un tiempo de inmersión mínimo típico es de 3 s, y un máximo típico es de 6 s.
Al salir del baño de aleación de aluminio fundido, el espesor de la capa de aluminio en la tira de acero se controla mediante medios de control de espesor, tal como cuchillas de aire que soplan aire, nitrógeno u otro gas adecuado a alta presión a través de una boquilla ranurada sobre la tira de acero recién sumergida. Al alterar la presión, la distancia de la tira de acero o la altura de las boquillas sobre la aleación de aluminio fundido, el espesor del recubrimiento se puede ajustar de acuerdo con los requisitos.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invención también se materializa en una tira de acero de acuerdo con la reivindicación 10. Las realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones 11 y 12.
En una realización de la invención, la tira de acero tiene una composición que comprende (en % en peso)
el resto es hierro e impurezas inevitables. Estos aceros permiten muy buenas propiedades mecánicas después de un proceso de conformado en caliente, mientras que durante el conformado en caliente por encima de Ac1 o Ac3 son muy conformables. Preferiblemente, el contenido de nitrógeno es como máximo 0.010 %. Se observa que uno o más de los elementos opcionales también pueden estar ausentes es decir, la cantidad del elemento es 0 % en peso o el elemento está presente como una impureza inevitable.
En una realización preferible, el contenido de carbono de la tira de acero es al menos 0.10 y/o como máximo 0.25 %. En una realización preferible, el contenido de manganeso es al menos 1.0 y/o como máximo 2.4 %. Preferiblemente, el contenido de silicio es como máximo 0.4 % en peso. Preferiblemente, el contenido de cromo es como máximo 1.0 % en peso. Preferiblemente, el contenido de aluminio es como máximo 1.,5 % en peso. Preferiblemente, el contenido de fósforo es como máximo 0.02 % en peso. Preferiblemente, el contenido de azufre es como máximo 0.005 % en peso. Preferiblemente, el contenido de boro es como máximo de 50 ppm. Preferiblemente, el contenido de molibdeno es como máximo 0.5 % en peso. Preferiblemente, el contenido de niobio es como máximo 0.3 % en peso. Preferiblemente, el contenido de vanadio es como máximo 0.5 % en peso. Preferiblemente, el níquel, el cobre y el calcio están por debajo del 0.05 % en peso cada uno. Preferiblemente, el tungsteno es como máximo 0.02 % en peso. Estos intervalos preferibles se pueden usar en combinación con la composición de tiras de acero como se divulgó anteriormente individualmente o en combinación.
En una realización preferida, la tira de acero tiene una composición que comprende (en % en peso)
el resto es hierro e impurezas inevitables. Preferiblemente, el contenido de nitrógeno es como máximo 0.010%. Los grados de acero típicos adecuados para el conformado en caliente se dan en la tabla A.
T l A - r r í i r nf rm n li n .
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, la tira de acero recubierta de aluminio-hierro-silicio completamente aleado de acuerdo con la invención se usa para producir un producto conformado en caliente en un proceso de conformado en caliente. Debido a que la pieza tosca de forja que se va a conformar en caliente ya se ha sometido al proceso de difusión de acuerdo con la invención, es decir, se ha difundido previamente, la ausencia de cualquier capa líquida durante la etapa de calentamiento en el proceso de conformado en caliente permite un proceso más limpio sin riesgos de adherencia. Además, la reflectividad de la tira de acero recubierta de aluminio-hierro-silicio completamente aleado es mucho menor que la de la tira de acero recubierta de aluminio-silicio de la técnica anterior (con 10 % en peso de Si), lo que conduce a un calentamiento más rápido de las piezas toscas de forja si se usa un horno de radiación y, por lo tanto, potencialmente menos hornos de recalentamiento o más pequeños, y menos daños al producto y contaminación del equipo debido a la acumulación de rollos. La fase de Fe2Al5 es de color más oscuro, y esto provoca la menor reflectividad y la mayor absorción de calor en un horno de radiación.
Además, se pueden usar otros medios de calentamiento, como el calentamiento por inducción y los medios de calentamiento por infrarrojos, para un calentamiento muy rápido. Estos medios de calentamiento se pueden usar en una situación independiente o como una etapa de calentamiento rápido antes de un horno de radiación corto.
Además, el producto de acero recubierto conformado en caliente proporciona una mejor adherencia de la pintura. El calentamiento por inducción de una tira de acero recubierta de aluminio-silicio de la técnica anterior con 10% en peso de Si conducirá a una mala calidad de la superficie, porque la capa exterior de estos aceros será líquida durante el recalentamiento del acero en el horno de calentamiento de la línea de conformado en caliente. La capa líquida reaccionará al campo de inducción y se volverá ondulada, en lugar de lisa. Con la tira de acero recubierta de aluminiohierro-silicio completamente aleado de acuerdo con la invención, la difusión del hierro ya se ha producido en la etapa de recocido previa a la difusión, por lo que el tiempo total de recocido en el horno de calentamiento de la línea de conformado en caliente se reduce aún más además de la velocidad de calentamiento más rápida debido a la menor reflectividad de la tira de acero recubierta de aluminio-hierro-silicio completamente aleado.
En la Figura 1 se resume una realización del proceso de acuerdo con la invención. La tira de acero se pasa a través de una sección de limpieza opcional para eliminar los restos no deseados de procesos anteriores, tales como incrustaciones, residuos de aceite, etc. La tira limpia pasa luego a través de la sección de recocido opcional, que en el caso de una tira laminada en caliente solo se puede utilizar para calentar la tira para permitir el recubrimiento por inmersión en caliente (el llamado ciclo de calor para recubrir) o, en el caso de una tira laminada en frío, puede usarse para un recocido de recuperación o recristalización. Después del recocido, la tira se lleva a la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente, donde la tira se dota de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio de acuerdo con la invención. Los medios de control del espesor para controlar el espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se muestran esquemáticamente dispuestos entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la etapa posterior de recocido previa a la difusión. En la etapa de recocido previa a la difusión, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se transforma en una capa de aluminio-hierro-silicio completamente aleado, después de lo cual la tira recubierta se procesa posteriormente (tal como laminación de temple opcional o nivelación de tensión) antes de enrollarse.
En la Figura 1 se resume el proceso de acuerdo con la invención. La tira de acero se pasa a través de una sección de limpieza opcional para eliminar los restos no deseados de procesos anteriores, como incrustaciones, residuos de aceite, etc. La tira limpia pasa a través de la sección de recocido opcional, que en el caso de una tira laminada en caliente solo se puede utilizar para calentar la tira para permitir el recubrimiento por inmersión en caliente (el llamado ciclo de calor para recubrir) o, en el caso de una tira laminada en frío, puede usarse para un recocido de recuperación o recristalización. Después del recocido, la tira se lleva a la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente, en la que se proporciona a la tira la capa de recubrimiento de aleación de aluminio de acuerdo con la invención. Los medios de control del espesor para controlar el espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se muestran dispuestos entre la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente y la posterior etapa de recocido previa a la difusión opcional. En la etapa de recocido previa a la difusión opcional, la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se transforma en una capa de aluminio-hierro-silicio completamente aleado. El enfriamiento de la tira recubierta después de los medios de control del espesor normalmente se lleva a cabo en dos etapas, en las que el enfriamiento inmediatamente después de los medios de control del espesor está destinado a evitar cualquier adherencia o daño de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio a los rollos giratorios, y generalmente se ejecuta con un enfriamiento por aire o niebla a una velocidad de enfriamiento de aproximadamente entre 10 y 30 °C/s y más adelante en la línea, la tira con la capa de recubrimiento de aleación de aluminio se enfría rápidamente, generalmente mediante enfriamiento rápido en agua. Se observa que el efecto del enfriamiento es principalmente térmico para evitar daños en la línea y la capa de recubrimiento de aleación de aluminio, y que el efecto del enfriamiento sobre las propiedades del sustrato de acero es insignificante. La tira o lámina producida de acuerdo con la Figura 1 (es decir, como recubierta o difundida previamente) se puede usar luego en un proceso de conformado en caliente de acuerdo con la invención.
En una realización de la invención, la tira recubierta por inmersión en caliente se difunde previamente inmediatamente antes de la operación de conformado en caliente en lugar de inmediatamente después del recubrimiento por inmersión en caliente. Esta difusión previa se puede realizar en la tira desenrollada antes de la obtención de la pieza tosca de forja, láminas cortadas de la tira, o en piezas toscas de forja cortadas de la tira o lámina. Esta realización mitiga el riesgo de daño de la tira difundida previamente durante el enrollado, el transporte, el desenrollado y la manipulación porque la capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio sustancialmente completamente aleados, que consisten sustancialmente en su totalidad en intermetálicos de hierro-aluminio sobre el sustrato de acero tienden a ser frágiles. La difusión previa se puede hacer por inducción porque no hay material líquido en la superficie como resultado del bajo contenido de silicio. Las piezas toscas de forja, tomadas de la tira previamente difundida o previamente difundida individualmente, tienen un recubrimiento después de la difusión previa que contiene Fe2Al5.
Ejemplos
La invención se explicará ahora con más detalle por medio de los siguientes ejemplos no limitativos. El sustrato de acero para los experimentos tenía la composición que se indica en la Tabla 1.
Tabla 1 - Composición del sustrato de acero, Fe en equilibrio e impurezas inevitables.
1.5 mm laminado en frío estado totalmente duro.
Ejemplo 1
Se produjeron dos aceros recubiertos de aleación de aluminio. La muestra A se produjo sumergiendo en caliente una tira de acero en un baño de aleación de aluminio fundido que comprendía 0.9 % en peso de Si. La muestra B se produjo por inmersión en caliente en un baño de aleación de aluminio de la técnica anterior que comprendía 9.6 % en peso de Si. Ambos baños estaban saturados con Fe (aproximadamente 2.8 % en peso). El grado de acero utilizado es un acero laminado en frío de 1.5 mm, en estado totalmente duro y con una composición adecuada para aplicaciones de conformado en caliente. Antes de la inmersión en caliente, los aceros se sometieron a un recocido de recristalización. Inmediatamente después del recocido de recristalización, los aceros se sumergieron en el respectivo baño de aleación de aluminio durante un período de 3 segundos, lo que es consistente con una velocidad lineal de aproximadamente 120 m/min. La temperatura de entrada de la tira en el baño fue de 680 °C y la temperatura del baño fue de 700 °C. Después de la inmersión en caliente, se ajustó el grosor de la capa del recubrimiento limpiando con gas nitrógeno a 20 pm. Los aceros fueron recocidos en la etapa de recocido previa a la difusión durante 20 s a 700 °C para obtener una aleación previa y luego enfriados por gas nitrógeno forzado.
La Figura 2 muestra las capas de recubrimiento de aleación de aluminio recocido. El recubrimiento de la muestra A es una capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado, mientras que el recubrimiento de la muestra B consiste en una capa de aleación de menos de 10 pm de espesor (con una composición diferente a la de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado sobre la muestra A) con una capa sin alear con la composición del baño de recubrimiento en la parte superior. Experimentos adicionales con la muestra B con tiempos de recocido variables en la etapa de recocido previa a la difusión a 700 °C muestran que la velocidad de crecimiento de la capa de aleación es muy lenta (véase la Tabla 1). El resto de la capa de recubrimiento sigue siendo líquido.
En la Figura 9 se muestra la acumulación de las capas en una capa de recubrimiento de Al-Si recocido de 3.0 % de Si y 1.6% de Si [AB1].
La columna de la derecha muestra el desarrollo de las diferentes capas de compuestos intermetálicos durante el tratamiento térmico de un sustrato de acero provisto de un recubrimiento de aleación de aluminio que comprende 1.6 % en peso de Si. La Figura A muestra una capa como la recubierta, con las capas que se forman inmediatamente después de la inmersión, y la capa superior con la composición del baño, B muestra el desarrollo durante el recalentamiento una vez que la muestra ha alcanzado los 700 °C y C es la situación después del recocido a 900 °C durante 5 minutos. En la muestra C, la zona de difusión ahora es claramente visible y la capa superior que tiene la composición del baño ha desaparecido por completo (EDS: voltaje de aceleración (EHT) 15 keV, distancia de trabajo (wd) 6.0, 6.2 y 5.9 mm).
La capa para la capa de 1.6 % en peso de Si (Figura 9 - derecha) consiste principalmente en Fe2Al5 con una capa superior delgada de FeAh presente en la interfaz del sustrato como se ilustra en la Figura 9A-derecha. A diferencia de un recubrimiento estándar de 10 % en peso de Si no hay presente una capa de Fe2SiAl7. Durante el calentamiento de la capa de Fe2Al5, una capa superior delgada de FeAh, está creciendo hacia la superficie. El límite de solubilidad de Si en Fe2Al5 no se excede y, por lo tanto, no precipitan fases ricas en Si, véase la Figura 9B-derecha. La capa de Fe2Al5 continúa creciendo hacia la superficie sin precipitación de Fe2SiAl2 y más cerca de la base de acero se desarrolla una fase más rica en hierro, identificada como FeAh, véase la Figura 9C-derecha.
La Figura 9 (columna de la izquierda) muestra el desarrollo de las diferentes capas de compuestos intermetálicos durante el tratamiento térmico de un sustrato de acero provisto de un recubrimiento de aleación de aluminio que comprende 3.0 % en peso de Si (EHT 15 keV, wd 6.6, 6.5, 6.2 mm respectivamente). La Figura A muestra la capa recubierta, con las capas que se forman inmediatamente después de la inmersión, y la capa superior con la composición del baño, B muestra el desarrollo durante el recalentamiento una vez que la muestra ha alcanzado los 850 °C y C es la situación después del recocido a 900 °C durante 7 minutos. En la muestra C, la zona de difusión ahora es claramente visible y la capa superior que tiene la composición del baño ha desaparecido por completo. También es visible un grado de fase t (Fe2SiAh) que se encuentra dispersa en la capa de Fe2Al5, y no forma una capa continua.
Para un recubrimiento sumergido en un baño con 3% en peso, se puede observar un desarrollo de capa casi similar durante las primeras etapas del tratamiento térmico, como se ilustra en la Figura 3. Sin embargo, el límite de solubilidad del Si apenas se supera y tiene lugar la precipitación de Fe2SiAl2 en forma de glóbulos al final del tratamiento térmico.
No se observa enriquecimiento de Fe2SiAl2 en la superficie
Ambos contenidos de aleación dan como resultado una capa de recubrimiento completamente aleado que consiste sustancialmente en su totalidad en los intermetálicos Fe2Al5, FeAh, y, dependiendo del contenido de Si, y Fe2SiAl2
Tabla 1: medidas de es esor de la ca a de aleación en la muestra B recocida a 700 °C
Entonces, un recubrimiento de la técnica anterior con 9.6 % en peso de Si no es adecuado para la aleación previa en línea de acuerdo con la invención, porque la etapa de recocido previa a la difusión no produce una capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado. El recubrimiento con 0.9 % de Si, por otro lado, muestra una capa completamente aleada de 20 pm de espesor ya después de 20 segundos.
Ejemplo 2
La Muestra A del Ej. 1 (tira recristalizada laminada en frío de 1.5 mm de espesor) se recubrió por inmersión en caliente en baños de aleación de aluminio con diferentes concentraciones de Si de acuerdo con la invención, que varían entre 0.5, 0.9, 1.1 y 1.6 % en peso y los tiempos de recocido previa a la difusión oscilaron entre 0 a 30 segundos. La temperatura de recocido previa a la difusión fue de 700 °C. El grosor de la capa de recubrimiento se ajustó entre 30 y 40 pm mediante chorros de nitrógeno después de salir del baño de recubrimiento. Producir capas relativamente gruesas fue una elección deliberada, ya que el propósito de estos ejemplos era determinar el espesor de aleación previa máximo alcanzable sin un efecto limitante del espesor del recubrimiento aplicado. Los aceros se trataron igual que en el Ej. 1, excepto por el tiempo de recocido variable. En la Figura 3 se muestran secciones transversales (SEM) de los recubrimientos producidos. Las imágenes revelan claramente un mayor espesor de la capa de aleación con niveles más bajos de Si y tiempos de tratamiento térmico más prolongados. Los espesores de la capa de aleación se presentan en la Figura 4. Las mediciones demuestran que, de acuerdo con la concentración de Si y el tiempo de tratamiento térmico, el espesor de la capa de aleación oscila entre 10 y 35 pm. Sobre la base de las mediciones y la extrapolación de las mediciones, se dibuja un triángulo en la Figura 4 que muestra el espesor de los recubrimientos totalmente aleados que se pueden producir con tiempos de inmersión de 3 s en combinación con tiempos de calentamiento entre 0 y 30 s.
Ejemplo 3
Acero de conformado en caliente (1.5 mm) recubierto con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio con 0.9 % en peso de Si y 2.3% en peso de Fe con tiempos de inmersión en el baño de aleación de aluminio fundido de 3, 5 y 10 segundos. Después de salir del baño de recubrimiento, el grosor de las capas se controló a 25 pm limpiando con nitrógeno. A continuación, los aceros se enfriaron con nitrógeno forzado. Las temperaturas de entrada del baño y de la tira eran como antes. Los espesores de la capa de aleación se presentan en la Tabla 2. El aumento del espesor de la capa de aleación en tiempos de inmersión más largos, es decir, velocidades de línea más bajas, se ilustra claramente.
T l 2: M i r . n i
Al cambiar el tiempo de inmersión, se puede ampliar la ventana de fabricación del ejemplo 3 (Figura 4). La combinación de datos de ambos ejemplos dio como resultado una ventana de producción de recubrimientos totalmente aleados como se muestra en la Figura 5.
Ejemplo 4
Acero de conformado en caliente (1.5 mm) recubierta con una capa de aleación de aluminio con 1.9 % en peso de Si y 2.3 % en peso de Fe con tiempos de inmersión en el baño de aleación de aluminio fundido de 3, 5 y 10 segundos. Después de salir del baño de recubrimiento, el grosor de las capas se controló a 25 pm limpiando con nitrógeno. A continuación, los aceros se enfriaron con nitrógeno forzado. Las temperaturas de entrada del baño y de la tira eran como antes. Los espesores de la capa de aleación se presentan en la Tabla 3. El aumento del espesor de la capa de aleación en tiempos de inmersión más largos, es decir, velocidades de línea más bajas, se ilustra claramente.
T l : M i r n m 1. n i
Ejemplo 5
La estructura de capas de la muestra A después del recocido previa a la difusión (durante 20 s a 700 °C, de acuerdo con la invención) y B sumergida en caliente (por lo que no hay recocido previo a la difusión, que es la situación de la técnica anterior) se comparan en la Figura 6 (imágenes de sección transversal SEM). La muestra A presenta una capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado, mientras que el recubrimiento de la muestra B es una capa delgada de aleación en la interfaz de acero, mientras que la parte superior del recubrimiento no está aleado y tiene una composición promedio igual a la composición del baño de recubrimiento. Como consecuencia, la capa superior comienza a fundirse a una temperatura de unos 575 °C. Los aceros en esta condición fueron tratados térmicamente en un horno de radiación ajustado a 900 °C con un termopar soldado a las tiras para registrar las tasas de calentamiento. Las curvas de calentamiento de ambos aceros (véase la Figura 7) ilustran claramente la velocidad de calentamiento más rápida de la muestra A previamente aleada en comparación con la muestra comparativa B. Especialmente a temperaturas más bajas, la velocidad de calentamiento mejora con la aleación previa, ya que durante esta etapa la reflexión de radiación se reduce notablemente por el aspecto opaco del recubrimiento previamente aleado. Una tasa de calentamiento más rápida permite un mayor rendimiento con el mismo horno. Alternativamente, se pueden usar hornos más cortos que requieren una huella más pequeña y una inversión más baja. Las muestras tomadas a temperaturas de 700, 800, 850 °C durante el calentamiento de la muestra B revelaron que solo después de alcanzar una temperatura de 850 °C se obtiene una capa completamente aleada. Esto significa que la parte exterior de la capa de recubrimiento permaneció líquida durante todo el intervalo de temperatura de 575 a 850 °C. Durante el tiempo que el recubrimiento está fundido, se produce una acumulación de rollos durante el contacto con los rollos del horno. La acumulación de rollos no solo aumenta el mantenimiento y el tiempo de inactividad del horno, sino que también es una fuente de daño al producto. La muestra A con el recubrimiento previamente aleado que no se funde no provoca acumulación de rollos a ninguna temperatura.
Ejemplo 6.
Las láminas de muestra A (1.1 % en peso de Si) y muestra B (9.6 % en peso de Si) se calentaron en un horno de radiación ajustado a 900 °C. En varios intervalos de tiempo, se tomaron muestras del horno para examinarlas en sección transversal para determinar la tasa de crecimiento de la capa de difusión, que es una capa dúctil que tiene aluminio en solución sólida. Un espesor de la capa de difusión de 10 pm se considera una zona de difusión adecuada con buena resistencia a la propagación de grietas. La investigación mostró que se logró un espesor de 10 pm para la muestra A después de 170 segundos a 900 °C y para la muestra B después de 400 s. Con la muestra A (de acuerdo con la invención) se consigue un ahorro de tiempo de horno de más del 50 % en comparación con la muestra B (técnica anterior). Las imágenes relevantes se muestran como Figura 8A y B.
Claims (14)
1. Método para producir una tira de acero recubierta por uno o ambos lados con una capa de recubrimiento de aleación de aluminio en un recubrimiento continuo por inmersión en caliente y un posterior proceso de recocido previa a la difusión, comprendiendo dicho proceso una etapa de recubrimiento por inmersión en caliente en la que se pasa la tira de acero con una velocidad v a través de un baño de una aleación de aluminio fundido para aplicar una capa de recubrimiento de aleación de aluminio a uno o ambos lados de la tira de acero, y una etapa de recocido previa a la difusión, en la que
• el espesor de la capa de recubrimiento de aleación de aluminio aplicada en uno o ambos lados de la tira de acero está entre 5 y 40 pm y en el que la capa de recubrimiento de aleación de aluminio comprende 0.4 a 4.0 % en peso de silicio, y en el que
• la tira de acero recubierta con aleación de aluminio entra en la etapa de recocido previa a la difusión mientras que al menos la capa exterior de la capa o capas de recubrimiento de aleación de aluminio está por encima de su temperatura de liquidus, y la tira se recoce a una temperatura de recocido de al menos 600 y como máximo 800 °C durante un máximo de 40 segundos para promover la difusión del hierro desde la tira o lámina de acero hacia la capa o capas de recubrimiento de aleación de aluminio para formar una capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio sustancialmente completamente aleado;
seguido por el enfriamiento de la tira de acero recubierta recocida previamente a la difusión a temperatura ambiente.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la aleación de aluminio fundido en el baño contiene entre 0.4 y 4.0 % en peso de silicio, y en el que la aleación de aluminio fundido tiene una temperatura de entre 630 y 750 °C, preferiblemente de al menos 660 °C y/o como máximo 700 °C.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que
• la temperatura de la tira de acero que ingresa al baño de aleación de aluminio fundido está entre 550 y 750 °C, preferiblemente al menos 660 °C y/o como máximo 700 °C, y/o en el que
• la velocidad v está entre 0.6 m/s y 4.2 m/s, preferiblemente como máximo 3.0 m/s, más preferiblemente como mínimo 1.0 y/o como máximo 2.0 m/s.
4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado contiene al menos 0.5 % en peso de Si y/o como máximo 3.5 % en peso de Si.
5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espesor de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado es de al menos 8 y/o como máximo 40 pm, preferiblemente al menos 10 pm, más preferiblemente al menos 12 pm, preferiblemente como máximo 30, más preferiblemente como máximo 25 pm, e incluso más preferiblemente como máximo 20 pm.
6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espesor d (en pm) de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado depende del contenido de silicio (en % en peso) de la capa de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado está encerrada en el espacio d de Si por las ecuaciones (1), (2) y (3):
(1) d > -1.39-Si 12.6 y
(2) d < -9.17-Si 43.7 y
(3) Si > 0.4 %.
7. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tiempo de inmersión de la tira de acero en el baño de aleación de aluminio fundido en la etapa de recubrimiento por inmersión en caliente está comprendido entre 2 y 10 segundos, preferiblemente al menos 3 y/o como máximo 6 segundos.
8. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la difusión previa se realiza inmediatamente antes de una operación de conformado en caliente recociendo la tira antes de la obtención de la pieza tosca de forja, o recociendo láminas cortadas de la tira, o recociendo la pieza tosca de forja cortada de la tira o lámina, preferiblemente en el que el recocido se realiza por calentamiento por inducción, seguido opcionalmente por calentamiento por radiación.
9. Tira de acero que tiene una composición que comprende (en % en peso):
Cr: < 4.0 Ti: < 0.3 Cu < 2.0
Al: < 3.0 Mo: < 1.0 W < 0.5
siendo el resto hierro e impurezas inevitables, recubierta en uno o ambos lados con una tira de acero recubierta de aluminio-hierro-silicio completamente aleado que se puede obtener mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y en el que la composición de la capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierrosilicio completamente aleados es 50 - 55 % en peso de Al, 43 - 48% en peso de Fe, 0.4 - 4% en peso de Si e inevitables elementos e impurezas compatibles con dicho proceso.
10. Tira de acero recubierta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9, en el que la capa de aleación sobre la tira o lámina de acero recubierta antes de la etapa de recocido previa a la difusión comprende al menos tres capas distintas, desde la superficie de la tira o lámina de acero hacia el exterior:
• capa intermetálica 1, que consta de Fe2Al5 con silicio en solución sólida
• capa intermetálica 2, que consta de FeAh con silicio en solución sólida
• capa exterior que tiene la composición del baño de aleación de aluminio fundido.
11. Tira de acero recubierta de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en la que la capa o capas de recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleados contienen entre 0 y 10 % en área de fase t , y en el que la fase t , si está presente, está dispersa en la capa de recubrimiento.
12. Uso de la tira de acero recubierta de aluminio-hierro-silicio completamente aleado que se puede obtener mediante el proceso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, o la tira de acero recubierta de acuerdo con la reivindicación 9, 10 u 11, para producir un producto conformado en caliente en un proceso de conformado en caliente que comprende las etapas de:
- cortar la tira de acero recubierta para obtener una pieza tosca de forja;
- calentar las piezas toscas de forja por encima de la temperatura Ac1 del acero, opcionalmente por encima de la temperatura Ac3 del acero;
- conformar en caliente la pieza tosca de forja en un producto;
- enfriar el producto conformado en caliente,
13. Uso de la tira de acero recubierta con recubrimiento de aluminio-hierro-silicio completamente aleado en un proceso de conformado en caliente de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el calentamiento de las piezas toscas de forja desde la temperatura ambiente hasta por encima de la temperatura Ac1 del acero, opcionalmente por encima de la temperatura Ac3 del acero, se realiza mediante calentamiento por inducción, calentamiento por contacto o calentamiento por resistencia.
14. Uso del producto de acuerdo con la reivindicación 12 o 13 como parte de un vehículo, por ejemplo, como parte de la carrocería.
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