ES2955811T3 - Chapa de acero con una estructura de superficie determinística - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a una chapa de acero (1) revestida con un revestimiento a base de zinc y laminada superficialmente para tener una estructura superficial determinista (2), y a un método para su producción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Chapa de acero con una estructura de superficie determ inista
La invención se refiere a una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística. La invención se refiere además a un procedimiento para producir una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística.
En la construcción automovilística se utilizan ya desde hace décadas materiales de trabajo de chapa, en particular de acero. Los materiales de trabajo de chapa se ponen a disposición en particular como productos planos y, por ejemplo, se procesan mediante procedimientos de conformación de chapa, como, por ejemplo, la embutición profunda. Las fuerzas introducidas en este sentido en el material de trabajo de chapa se transmiten a través de la superficie de chapa a la pieza de embutición profunda. Las solicitaciones locales de la superficie de chapa resultan de este modo, entre otras, de la geometría de componente y de las fuerzas de fricción que aparecen durante el proceso. Estas solicitaciones locales de un elemento de superficie observado, que se componen de fuerzas normales y de cizallamiento, pueden estar sujetas a cambios notables durante el proceso de conformado. Para un resultado de conformado óptimo es necesario poder controlar de forma precisa el flujo de material durante el proceso de conformado. Además de la adaptación del recorte de chapa, esto puede producirse, por ejemplo, a través de un engrase (adicional), para alcanzar reducciones locales de las fuerzas de fricción y, de este modo, de las fuerzas de retención. Un aumento de las fuerzas de retención puede realizarse, por ejemplo, a través del uso de acanaladuras de embutición.
El uso de un engrase (adicional) representa un esfuerzo adicional notable. Por una parte, el engrase (adicional) ha de aplicarse laboriosamente y, por otra parte, aumenta el esfuerzo de limpieza tanto en el componente, como también en el proceso de conformado, dado que las cantidades de grasa introducidas pueden influir ciertamente de forma negativa en la estabilidad del proceso. El aumento del uso de lubricantes debe verse de manera crítica, en particular en el contexto de una producción respetuosa con el medio ambiente.
La humectabilidad del material de trabajo de chapa tanto por medios acuosos, como también por lubricantes relevantes para el proceso de conformado, no solo depende de la topografía de la chapa. La humectabilidad local está influida adicionalmente por la química de superficie existente. El material de trabajo de chapa puede no presentar revestimiento o estar revestido de un revestimiento metálico, el cual se aplica principalmente por motivos de protección contra la corrosión, debiendo diferenciarse entre materiales de trabajo de chapa no revestidos y revestidos, en particular galvanizados. Además de ello, han de dividirse los materiales de trabajo de chapa en materiales de trabajo de chapa galvanizados electrolíticamente y en caliente.
Los rodillos de laminación de ajuste texturizados transfieren su textura a la superficie de los materiales de trabajo de chapa a procesar como negativo durante un proceso de laminado de ajuste, es decir, elevaciones sobre la superficie del rodillo dan como resultado cavidades en la superficie de chapa y a la inversa. Las cavidades introducidas de este modo en la superficie de chapa, los llamados volúmenes vacíos cerrados, sirven como receptáculos de lubricante, que retienen un lubricante aplicado sobre la superficie de chapa y pueden arrastrarlo durante el proceso de conformado. Por el estado de la técnica se conocen chapas de acero sometidas a laminación de ajuste con una estructura de superficie estocástica, por ejemplo, por el documento de patente EP 2006037 B1 y sometidas a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística, por ejemplo, por el documento de patente EP 2892663 B1.
Los materiales de trabajo de chapa galvanizados electrolíticamente se someten a laminación de ajuste antes del galvanizado, sometiéndose a laminación de ajuste los materiales de trabajo de chapa galvanizados en caliente, por el contrario, tras el galvanizado.
Debido al contacto resultante durante la laminación de ajuste de los elementos conformadores del rodillo de laminación de ajuste con la superficie de chapa, puede modificarse la química de superficie de la superficie de contacto. En lo que se refiere a la química, los revestimientos galvanizados en caliente están estructurados de tal modo que sobre el zinc que se encuentra principalmente en el revestimiento se forma una capa de elementos de aleación afines al oxígeno. La solicitación mecánica durante la laminación de ajuste puede ocuparse de que en los puntos de contacto de rodillo de laminado de ajuste y material de trabajo de chapa quede al descubierto el zinc en lugar de los elementos de aleación, como, por ejemplo, magnesio o aluminio. Análisis internos han mostrado que materiales de trabajo de chapa galvanizados en caliente, los cuales se sometieron a laminación de ajuste con una estructura de superficie estocástica, presentan en las impresiones de laminación de ajuste (zonas de cavidad) del material de trabajo de chapa revestido una química de superficie diferente que en las elevaciones (zonas salientes) del material de trabajo de chapa revestido. Mientras que la composición química en las zonas de cavidad es más rica en zinc, las zonas salientes presentan altas proporciones de los elementos de aleación afines al oxígeno (Al, Mg, etc.).
En los análisis internos pudo comprobarse además de ello que el contacto de rodillos de laminación de ajuste y superficie de chapa y la modificación consiguiente de la química de superficie se desarrolla en una impresión de laminación de ajuste en el caso de una textura de superficie estocástica, no obstante, de forma irregular e incontrolada.
Esta irregularidad tiene como consecuencia que se distribuyan medios de proceso, como aceites de conformado, de manera heterogénea en las zonas de cavidad. Para garantizar que este tipo de agentes lubricantes accedan a los puntos relevantes para el proceso de conformación de la superficie de contacto de herramienta (de conformación) formadora y material de trabajo de chapa, tras la laminación de ajuste ha de aplicarse normalmente más lubricante de lo que sería necesario realmente para el proceso de conformación.
También plantea grandes desafíos para las empresas de procesamiento la limpieza de materiales de trabajo de chapa que están recubiertos normalmente con lubricante y sometidos a laminación de ajuste con una textura de superficie estocástica en lo que se refiere a seguridad de procesos, ambiental, así como laboral. Además de ello, en el caso de geometrías de componente complejas a menudo puede ser necesario un engrase adicional por el lado del usuario, lo cual conlleva notable esfuerzo adicional y costes. Además, estos medios de proceso adicionales han de volver a limpiarse durante la continuación del procesamiento en forma de procesos de fosfatado y pintado, lo cual conlleva una notable carga para el medio ambiente y las personas que ocupan las empresas.
Con la ayuda de un proceso de extrusión láser puede producirse un rodillo de laminación de ajuste con una textura determinística, compárese el documento EP 2892663 B1, cuya superficie tiene una proporción de soporte definida. La proporción de soporte del rodillo de laminación de ajuste indica la proporción de superficie de los elementos conformadores en relación con la superficie de las cavidades existentes en la superficie del rodillo de laminación de ajuste texturizada. Una proporción de soporte elevada del rodillo de laminación de ajuste significa que durante la laminación de ajuste la superficie de contacto entre el material de trabajo de chapa y el rodillo de laminación de ajuste aumenta y de este modo resultan varias y/o mayores impresiones de laminación de ajuste (zonas de cavidad) sobre la superficie de un material de trabajo de chapa revestido. Análisis internos han mostrado que a través de una proporción de soporte mayor puede modificarse la química de superficie en revestimientos galvanizados en caliente en varios puntos a través del contacto del material de trabajo de chapa con los elementos conformadores del rodillo de laminación de ajuste. Esta modificación de la proporción de soporte puede conllevar efectos positivos en las propiedades de conformación del material de trabajo de chapa.
El objetivo es, por lo tanto, poner a disposición una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística, que presente una propiedad de humectación mejorada, a través de la cual pueda reducirse el uso de medios de proceso.
El objetivo se resuelve con las características de la reivindicación 1.
La puesta a disposición de una estructura de superficie determinística sobre una chapa de acero sometida a laminación de ajuste y revestida de un revestimiento con base de zinc es esencial para procesos posteriores, en particular en la industria de transformación para la producción de componentes para automóviles. Durante la producción de componente, en particular en procesos de conformación, es ventajoso cuando los medios de proceso usados, como, por ejemplo, aceite y/o lubricantes, están presentes de forma homogénea y en suficiente cantidad en lugares relevantes para el proceso de conformación. Estos lugares relevantes para el proceso de conformación son por regla general las superficies de contacto de chapa de acero y herramientas formadoras, de este modo, no las estampaciones (zonas de cavidad) en las chapas de acero, en las cuales preferentemente se acumulan los medios de proceso, sino la superficie en forma de la superficie de las elevaciones (zonas salientes) en las chapas de acero.
Los inventores han podido comprobar que en el caso de una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística, en comparación con el estado de la técnica, puede ponerse a disposición una propiedad de humectación mejorada, debido a lo cual puede reducirse el uso de medios de proceso, en cuanto que se ajusta una modificación precisa o una configuración mejorada de la química de superficie en la superficie en las zonas de cavidad de las chapas de acero revestidas de un revestimiento con base de zinc y sometidas a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística. Los medios de proceso pueden extenderse mejor sobre una superficie de buena humectación dentro de las zonas de cavidad, hasta que se mantienen en las zonas de los flancos y opcionalmente en los pasos entre las zonas de cavidad y las zonas de los flancos de la estructura superficial debido a las fuerzas capilares que actúan sobre ellas.
La chapa de acero está revestida de un revestimiento con base de zinc, el cual está aplicado mediante revestimiento por inmersión en caliente, conteniendo el revestimiento, además de zinc y ensuciamientos inevitables, elementos adicionales como aluminio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso y magnesio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso en el revestimiento.
Las chapas de acero con revestimiento con base de zinc presentan una protección contra la corrosión catódica muy buena, que se utiliza desde hace años en la construcción de automóviles. En caso de estar prevista una protección contra la corrosión mejorada, el revestimiento presenta magnesio con un contenido de al menos 0,3 % en peso, en particular de al menos 0,6 % en peso, preferentemente de al menos 0,9 % en peso. El aluminio puede estar presente con un contenido de al menos 0,3 % en peso, para mejorar en particular la conexión del revestimiento a la chapa de acero y en particular evitar una difusión de hierro de la chapa de acero al revestimiento en un tratamiento térmico de la chapa de acero revestida, para que se mantengan las propiedades de corrosión positivas. A este respecto, el grosor del revestimiento puede ser de entre 1 y 15 μm, en particular de entre 2 y 12 μm, preferentemente de entre 3 y 10 μm.
Por debajo del límite inferior no puede garantizarse una protección contra la corrosión catódica suficiente y por encima del límite superior pueden aparecer problemas de unión al conectarse la chapa de acero de acuerdo con la invención o un componente fabricado a partir de ella con otro componente. En particular, en caso de superarse el límite superior indicado del grosor del revestimiento no puede asegurarse un proceso estable durante la unión o soldadura térmica. Durante el recubrimiento por inmersión en caliente se revisten en primer lugar las chapas de acero de un correspondiente revestimiento y, a continuación, se someten a laminación de ajuste.
Debido a la presencia de los elementos de aleación afines al oxígeno Al y Mg de respectivamente al menos 0,1 % en peso en el revestimiento con base de zinc, se forman en la superficie del revestimiento o próximos al revestimiento o superficie, óxidos de aluminio y magnesio. En particular se forma una capa de óxido rica en magnesio en la superficie del revestimiento. La capa de óxido rica en magnesio tiene propiedades de humectación hidrófobas, de modo que medios acuosos no humectan de forma homogénea la superficie de la chapa de acero revestida y se contraen. Los aceites o lubricantes, por el contrario, se extienden en este tipo de superficies hidrófobas y son atraídos. Directamente por debajo de la capa de óxido rica en magnesio se encuentran los elementos aluminio y zinc. Las capas de óxido pueden influir esencialmente de forma negativa en el comportamiento de humectación, presentando los óxidos de magnesio un comportamiento de humectación peor en comparación con óxidos de aluminio. Los análisis en lo que se refiere a la humectabilidad se llevaron a cabo internamente con un medio de proceso de la empresa Fuchs con la denominación "ANTICORIT PL 380239 S" y se determinó que este medio de proceso humecta mejor sobre óxidos de aluminio que sobre óxidos de magnesio. A este respecto, la humectabilidad es dependiente de las relaciones entre las tensiones de superficie, las cuales están relacionadas a través de la ecuación de Young con el ángulo de contacto y hacen de este modo de este una medida para la humectabilidad. Cuanto más pequeño es a este respecto el ángulo de contacto, mayor es la humectabilidad. Los ángulos de contacto se determinaron en el caso de este medio de proceso en aproximadamente 14° para AhO3 y en aproximadamente 19° para MgO.
La estructura de superficie determinística ha de interpretarse por lo tanto de tal modo e imprimirse de tal modo en una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc, que las zonas de cavidad impresas presenten una química de superficie esencialmente homogénea y, a diferencia de las zonas salientes de la chapa de acero revestida, otra química de superficie. La proporción o la relación de zonas salientes, en las cuales se encuentran los elementos afines al oxígeno, con respecto a zonas de cavidad, en las cuales aparecen más los elementos que se encuentran por debajo, en particular zinc y opcionalmente aluminio, puede ajustarse de forma precisa. Con una química de superficie diferente, en particular en las zonas de cavidad, resulta una energía de superficie, y con ello, humectabilidad, diferente.
En el marco de una laminación de ajuste, el contacto de elementos formadores de la superficie ajustada con una estructura determinística de un rodillo de laminación de ajuste con la superficie de una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc, pone a disposición una solicitación mecánica, a través de la cual pueden acceder los elementos zinc y opcionalmente (óxido de) aluminio que se encuentran por debajo de la capa de óxido rica en magnesio, a la superficie del revestimiento.
La chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística presenta por lo tanto una superficie, la cual presenta zonas salientes y zonas de cavidad, las cuales están unidas entre sí a través de zonas de flanco, presentándose una concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad, la cual es menor que en la superficie del revestimiento en las zonas salientes.
En particular las zonas salientes pueden estar unidas entre sí esencialmente de forma continua, las zonas salientes forman de este modo, por así decirlo, una zona saliente continua, partiendo de la cual están impresas las zonas de cavidad y zonas de flanco de forma recurrente en la superficie de la chapa de acero revestida como estructura determinística.
Debido a la modificación precisa de la química de superficie pueden controlarse de forma precisa fenómenos de humectación locales de medios de proceso. Los medios de proceso son atraídos por las capas de óxido repelentes de agua y ricas en óxido, acumulándose los medios de proceso hidrófobos preferentemente en estructuras de superficie determinísticas en las zonas de flanco. La modificación de la composición de superficie en las zonas de cavidad, en particular dando lugar a una concentración más pobre en magnesio, se ocupa de un traslado y/o distribución del medio de proceso a los puntos ventajosos para el proceso de conformación, las zonas de flanco de la estructura de superficie.
Con concentración relativa de magnesio ha de entenderse la proporción en masa de magnesio en el revestimiento con base de zinc con respecto a una zona concreta de la superficie. Las zonas de cavidad pueden diferenciarse inequívocamente de las zonas salientes o de la zona saliente, dado que las zonas de flanco separan estas entre sí. El magnesio se presenta en forma metálica y/o en forma oxídica y/o en forma hidroxídica y/o como carbonato de magnesio. Pueden determinarse las diferencias de concentración relativas con respecto a magnesio, aluminio y zinc en la superficie del revestimiento mediante registro de la distribución local de las señales para estos elementos de aleación mediante espectroscopia de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry, ToF-SIMS) en modo de reproducción o de modo parecido mediante espectroscopia de electrones Auger o fotoelectrones. La ToF-SIMS representa un procedimiento de análisis para la determinación de la composición de superficie química de las monocapas 1-3 superiores.
Se miden diferencias de concentración relativas determinadas mediante ToF-SIMS en cuanto que se analiza mediante cuadrícula la superficie a analizar dentro de una superficie de medición representativa. A este respecto se registra en cada posición de la cuadrícula un espectro en la polaridad positiva y se registran las señales en bruto para los componentes principales (elementos de aleación). La concentración relativa del elemento X, el cual en este caso representa uno de los elementos de aleación que se encuentran en el revestimiento galvanizado en caliente, resulta del cociente [X-señal en bruto-integral / (Zn-señal en bruto-integral Mg-señal en bruto-integral Al-señal en brutointegral)], representando en el denominador del cociente la suma de las señales en bruto-integrales de todos los elementos de aleación que se encuentran en el revestimiento. "Señal en bruto" del elemento X en esta definición es la intensidad o superficie pico del elemento X en el espectro de masa o "señal en bruto-integral" del elemento X es la intensidad integrada, la cual se representa a través de una superficie contigua definida de posiciones de cuadrícula y se asigna al correspondiente elemento X. Las mediciones ToF-SIMS internas se llevaron a cabo mediante un dispositivo TOF.SIMS 5, de la empresa ION-TOF GmbH.
La determinación de una concentración relativa de zinc, aluminio y magnesio se lleva a cabo a través de determinación de la concentración absoluta de estos elementos en una superficie contigua definida y posterior estandarización a 100 %; a este respecto se iguala la suma de las concentraciones de zinc, aluminio y magnesio a 100 y se calcula o pondera la proporción del correspondiente elemento de este 100 % como concentración relativa, es decir, con respecto a 100 %. La concentración relativa de un elemento de aleación (Al, Mg, Zn) se refiere también a la suma de las concentraciones de los tres elementos de aleación Al, Mg, Zn, en cuanto que esta suma representa 100 %. Dado que la concentración absoluta de los tres elementos de aleación Al, Mg y Zn puede variar de revestimiento a revestimiento, se produce de acuerdo con la invención la indicación de la concentración relativa local de los correspondientes elementos en la zona de cavidad en comparación con la zona saliente en puntos porcentuales, para definir con precisión las modificaciones entre las dos zonas.
La concentración relativa o la proporción en masa de magnesio con respecto a la suma de todas las proporciones de zinc, aluminio y magnesio (en forma metálica y/o forma oxídica y/o forma hidroxídica y/o como carbonato de magnesio) en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad es al menos un 20 % inferior que en las zonas salientes, en particular al menos un 40 %, preferentemente al menos un 60 %, preferentemente al menos un 90 %. La concentración relativa puede aproximarse a cero o encontrarse por debajo del límite de detección de la ToF-SIMS.
Con estructura de superficie determinística han de entenderse estructuras de superficie que se repiten, las cuales presentan una forma y/o configuración definida, compárese el documento EP 2892663 B1. En particular, forman parte de ellas superficies con un aspecto (en cierto modo) estocástico, las cuales se aplican, sin embargo, mediante un procedimiento de texturización determinístico y se componen de este modo de elementos de forma determinísticos.
Con chapa de acero se entiende en general un producto plano de acero, el cual puede ponerse a disposición en forma de chapa o de pletina o en forma de banda.
La configuración geométrica (tamaño y profundidad) de una estructura determinística (forma negativa) sobre una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste depende en particular de cómo está configurada/se configura la correspondiente estructura geométrica (forma positiva) sobre un rodillo de laminación de ajuste. Preferentemente se usan procedimientos de texturización láser para poder ajustar estructuras precisas (forma positiva) en la superficie de un rodillo de laminación de ajuste mediante eliminación de material. En particular, a través de control preciso de la energía, de la duración de pulso y selección de longitud de onda adecuada de un rayo láser de actuación sobre la superficie del rodillo de laminación de ajuste puede influirse positivamente sobre la configuración de la(s) estructura(s). Los pulsos láser de fs, ps y ns son todos adecuados para una eliminación de material, el tipo del acoplamiento de energía y de la eliminación sobre una superficie de cuerpo sólido es, no obstante, esencialmente diferente, al igual que el tamaño de la zona de influencia de calor (HAZ, del inglés Heat-Affected Zone). Cuanto más corta es la duración de pulso, menos energía puede salir, por ejemplo, del foco láser hacia el entorno (HAZ). Cuanto más largo es el pulso, más energía de radiación se acopla en el plasma ya en formación y es reflejada por éste, no puede ser acoplada, por lo tanto, directamente en la superficie de rodillo de laminación de ajuste. Un pulso deja sobre la superficie de rodillo de laminación de ajuste un cráter esencialmente circular, el cual o los cuales, en caso de varios cráteres, tras el proceso de laminación de ajuste, reproduce la superficie o la extensión de las elevaciones sobre la chapa de acero y de este modo la superficie de contacto entre chapa de acero y herramienta formadora. Una reducción de la duración de pulso tiene una influencia en la configuración de un cráter, en particular el diámetro del cráter puede reducirse. A través de la reducción de la energía de pulso, en particular en el caso del uso de láseres de pulso corto o ultracorto, es posible ajustar de forma precisa la estructura geométrica (forma positiva) sobre la superficie de un rodillo de laminación de ajuste. Esto se logra, por ejemplo, cuando la duración de pulso del láser, con el cual se texturiza la superficie del rodillo de laminación de ajuste, se reduce en dirección hacia el umbral de eliminación y de este modo puede generarse la estructura geométrica sobre el rodillo de laminación de ajuste con mayor resolución. Algo parecido puede lograrse mediante aumento de la calidad de perfil de acero (M2) y la apertura de la óptica de focalización idealmente esférica. En particular mediante la alta resolución o la superficie de cráter reducida, que resulta de la interacción más pobre en energía de láser y rodillo de laminación de ajuste, pueden ajustarse en la zona de flancos de forma precisa superficies más rugosas y cualesquiera pendientes (ángulos) de la zona de flancos.
Otras configuraciones y perfeccionamientos ventajosos se desprenden de la siguiente descripción. Una o varias características de las reivindicaciones, de la descripción, como también del dibujo pueden vincularse con una o varias características de estos dando lugar a configuraciones adicionales de la invención. Pueden vincularse también una o varias características de las reivindicaciones independientes a través de una o varias otras características.
Los elementos dispuestos directamente por debajo de la capa de óxido rica en magnesio, (óxido de) zinc y/o aluminio, acceden a través de la actuación mecánica a la superficie, de modo que de acuerdo con una configuración de la chapa de acero de acuerdo con la invención existe una concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad, la cual es mayor a la concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento en las zonas salientes. La concentración relativa de zinc en el revestimiento en las zonas de cavidad es al menos un 20 % superior a la concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento en las zonas salientes, en particular al menos un 30 %, preferentemente al menos un 40 %, preferentemente al menos un 50 %. Puede determinarse la concentración relativa del zinc y/o del aluminio en la superficie del revestimiento también a través de evaluación de imágenes de ToF-SIMS.
De acuerdo con una configuración de la chapa de acero de acuerdo con la invención, la estructura de superficie presenta una zona de flanco, la cual está configurada con respecto a la perpendicular de la chapa de acero con un ángulo de entre 1° y 89°. El ángulo puede estar configurado en particular entre 50° y 87°, preferentemente entre 60° y 85°, de manera particularmente preferente entre 65° y 82°. La zona de cavidad y flanco (forma negativa) de la estructura de superficie se corresponde esencialmente con la superficie (forma positiva) en un rodillo de laminación de ajuste, que a través de correspondiente actuación sobre la chapa de acero configura o imprime la estructura de superficie. La zona de flanco que rodea y configura la estructura de superficie define junto con la zona de cavidad unida de una sola pieza a la zona de flanco un volumen cerrado de la estructura de superficie estampada en la chapa de acero mediante laminación de ajuste. El volumen cerrado, el llamado volumen vacío, puede estar adaptado para procesamiento posterior mediante procedimiento de conformación a un medio de proceso a aplicar, en particular aceite.
De acuerdo con una configuración de la chapa de acero de acuerdo con la invención, la chapa de acero presenta una proporción de soporte inferior al 50 %, en particular inferior al 40 %, preferentemente inferior al 30 %, preferentemente inferior al 25 %, de manera particularmente preferente inferior al 20 %, pudiendo reducirse mediante la proporción de soporte reducida la cantidad de medios de proceso condicionados por el proceso lográndose al mismo tiempo buenos resultados de conformación. Con proporción de soporte ha de entenderse la proporción de las superficies de las zonas salientes o de la superficie de la zona saliente con respecto a las superficies de las zonas de cavidad.
De acuerdo con una configuración de la chapa de acero de acuerdo con la invención, la chapa de acero presenta un factor F, que es la proporción de superficie sometida a laminado de ajuste (suma de todas las superficies de las zonas de flanco y zonas de cavidad) y cuadrado del perímetro de superficie (suma de todos los perímetros de superficie, en particular longitud de los bordes, de las zonas de flanco que parten de la zona saliente en la zona saliente), siendo el factor mayor a 1 %, en particular mayor a 1,2 %, preferentemente mayor a 1,5 %, de manera preferente superior a 2 %. Mediante una selección adecuada de las dimensiones geométricas de la zona estampada durante la laminación de ajuste (círculo, rectángulo, etc.) y mediante selección adecuada del perímetro de superficie de la zona sometida a laminación de ajuste, que se corresponde con la longitud del borde y que es dependiente de las dimensiones geométricas, pueden alcanzarse mejores resultados de conformación.
De acuerdo con una configuración de la chapa de acero de acuerdo con la invención, la chapa de acero está provista adicionalmente de un medio de proceso, en particular de un aceite, estando alojado en particular el medio de proceso con una capa de hasta 2 g/m2 en la estructura de superficie. Debido a las dimensiones de la estructura de superficie existe únicamente una demanda reducida de medio de proceso, de modo que la capa puede estar limitada a hasta 1,6 g/m2, en particular a hasta 1,3 g/m2, preferentemente a hasta 1 g/m2, preferentemente a hasta 0,6 g/m2, de manera particularmente preferente a hasta 0,4 g/m2. En particular debido a la diferente composición de superficie, el medio de proceso se acumula tras la aplicación esencialmente en las zonas de flanco y opcionalmente en los pasos entre zonas de flanco y zonas de cavidad de la estructura de superficie y se encuentra a disposición para procesos adicionales, preferentemente para procesos de embutición profunda más próximos a o limitando con lugares relevantes para el proceso de conformación, para mejorar la lubricación y la fricción y de este modo reducir el desgaste de los medios formadores, como, por ejemplo, prensas (de embutición profunda). En particular puede suprimirse eficazmente una acumulación del medio de proceso en zonas tribológicamente desfavorables, las cuales no contribuyen al suministro de medio de proceso a las zonas de contacto o fricción propiamente dichas. De este modo la chapa de acero de acuerdo con la invención tiene con una reducida demanda de medio de proceso propiedades tribológicas muy buenas y es en comparación con chapas de acero conocidas por el estado de la técnica, en particular aceitadas, más respetuosa con el medio ambiente, en particular debido a menor uso de recursos.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para producir una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a una laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística comprendiendo las siguientes etapas:
- poner a disposición un chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc, conteniendo el revestimiento, además de zinc y ensuciamientos inevitables, elementos adicionales como aluminio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso y magnesio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso en el revestimiento, - someter a laminación de ajuste la chapa de acero con un rodillo de laminación de ajuste, estando configurada la superficie del rodillo de laminación de ajuste, que actúa sobre la superficie de la chapa de acero, con una estructura de superficie determinística, de tal manera que tras la laminación de ajuste la estructura de superficie de la chapa de acero revestida y sometida a laminación de ajuste presenta zonas salientes y zonas de cavidad, las cuales están unidas entre sí a través de zonas de flanco, y a través de la actuación del rodillo de laminación de ajuste se ajusta una concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad, la cual es inferior que en la superficie del revestimiento en las zonas salientes.
La superficie (forma positiva) del rodillo de laminación de ajuste conforma a través de actuación de fuerza sobre la superficie de la chapa de acero una estructura de superficie, la cual define una zona de cavidad y flanco (forma negativa) y se corresponde esencialmente con la superficie (forma positiva) del rodillo de laminación de ajuste. El rodillo de laminación de ajuste para la configuración de una estructura de superficie determinística puede mecanizarse con medios adecuados, por ejemplo, mediante láser, compárese también el documento EP 2 892 663 B1. Pueden utilizarse además otros procedimientos de eliminación para el ajuste de la superficie en un rodillo de laminación de ajuste, por ejemplo, procedimientos de fabricación por arranque de virutas con corte determinado o indeterminado, procedimientos químicos o electroquímicos, ópticos o inducidos por plasma.
A través de la estructura de superficie definida de una textura de configuración determinística en la superficie de un rodillo de laminación de ajuste pueden desplazarse los elementos de aleación afines al oxígeno en el revestimiento con base de zinc, como magnesio y aluminio, esencialmente por la aplicación de fuerza durante la laminación de ajuste en la superficie del revestimiento. Dado que el magnesio es más afín al oxígeno que el aluminio, se forma en la superficie en el revestimiento o próxima a la superficie, una capa de óxido rica en magnesio, en particular durante el revestimiento de inmersión en caliente. Debido a la introducción de fuerza pueden desplazarse en particular esencialmente de forma precisa capas de interferencia, como, por ejemplo, las capas de óxido ricas en magnesio, de modo que aumenten el zinc y opcionalmente el aluminio en la concentración relativa en la superficie en las zonas de cavidad, debido a lo cual puede asegurarse una humectabilidad mejorada.
Para evitar repeticiones, se remite respectivamente a las explicaciones de la chapa de acero de acuerdo con la invención sometida a laminación de ajuste con estructura de superficie determinística.
Para reducir en particular la concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad o para desplazar la capa de óxido rica en magnesio, se utiliza de acuerdo con una configuración del procedimiento de acuerdo con la invención un grado de laminación de ajuste de 0,5 %, de modo que a través de la introducción de fuerza precisa puede influirse positivamente en la reducción del magnesio en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad. Es posible una reducción adicional cuando el grado de laminación de ajuste es en particular de al menos 0,8 %, preferentemente de al menos 1,0 %, preferentemente de al menos 1,2 %. El grado de laminación de ajuste expresa la proporción de la reducción de grosor (grosor de partida con respecto a grosor de salida en la estructura de laminación de ajuste) de la chapa de acero sometida a laminación de ajuste con respecto al grosor de partida. Los grados de laminación de ajuste por encima de 2,5 % no suponen ninguna ventaja y aumentan las fuerzas de trabajo o el esfuerzo de aparatos, de modo que el grado de laminación de ajuste se limita en particular a como máximo 2,2 %, preferentemente a como máximo 2 %. Además, la abrasión o desgaste generado durante la laminación de ajuste aumenta con el grado de laminación de ajuste debido a las fuerzas de cizallamiento entre superficie de chapa y de rodillo de laminación de ajuste fuera del punto neutral.
De acuerdo con una configuración del procedimiento de acuerdo con la invención la chapa de acero se provee tras la laminación de ajuste adicionalmente de medio de proceso, preferentemente de aceite, aplicándose el medio de proceso con una capa de hasta 2 g/m2, de manera más preferente aún con una capa de 0,4 g/m2
En lo sucesivo se explican con mayor detalle realizaciones concretas de la invención haciendo referencia al dibujo. El dibujo y la descripción que acompaña de las características resultantes no han de considerase limitados a las respectivas realizaciones, sirven, no obstante, para ilustrar una configuración a modo de ejemplo. Además de ello, las correspondientes características pueden aprovecharse entre sí, así como también con características de la descripción anterior, para posibles desarrollos y perfeccionamientos adicionales de la invención, especialmente en configuraciones adicionales que no se representan. Las mismas partes están provistas siempre de las mismas referencias.
El dibujo muestra en
figura 1) una vista en sección parcial esquemática de un ejemplo de realización a modo de ejemplo de una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a una laminación de ajuste con estructura de superficie determinística,
figuras 2a) y 2b) una vista parcial esquemática de una estructura de superficie sobre una chapa de acero revestida y sometida a laminación de ajuste en la figura 2a), así como la estructura de superficie según la figura 2a) en la figura 2b) y
figura 3) una imagen de ToF-SIMS de una sección de una chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie determinística según un ejemplo de realización de acuerdo con la invención.
En la figura 1) se representa una vista en sección parcial esquemática de un ejemplo de realización de acuerdo con la invención de una chapa de acero (1) revestida de un revestimiento (1.2) con base de zinc y sometida a una laminación de ajuste con una estructura de superficie (2) determinística, presentando la estructura de superficie (2) zonas salientes (2.1) y zonas de cavidad (2.2), las cuales están unidas entre sí a través de zonas de flanco (2.3). El revestimiento (1.2) contiene, además de zinc y ensuciamientos inevitables, elementos adicionales como aluminio, con un contenido de 0,1 hasta 5 % en peso, y magnesio, con un contenido de 0,1 hasta 5 % en peso.
En dependencia del procedimiento de eliminación, con el cual se haya preparado un correspondiente rodillo de laminación de ajuste (no representado) para someter a laminación de ajuste la chapa de acero (1) revestida, se ajusta la zona de flanco (2.3) y la zona de cavidad (2.2) a través de la correspondiente respectiva zona (forma positiva) en el rodillo de laminación de ajuste no representado. En la figura 1) puede verse bien además que la estructura de superficie (2) presenta una zona de flanco (2.3), la cual se extiende partiendo de la superficie o de la zona saliente (2.1) hasta una zona de cavidad (2.2) y que está configurada con respecto a la perpendicular (O) de la chapa de acero (1) con un ángulo (a) de entre 1° y 89°. La zona de flanco (2.3) que rodea y configura la estructura de superficie (2) define junto con la zona de cavidad (2.2) unida de una sola pieza a la zona de flanco (2.3) un volumen cerrado de la estructura de superficie (2) estampada en la chapa de acero (1) mediante laminación de ajuste.
De acuerdo con la invención existe una concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2), que es inferior a aquella en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1).
En la figura 2a) se muestra una vista en sección parcial esquemática de una estructura de superficie determinística, en forma de una forma de doble I sobre una chapa de acero (1) revestida y sometida a laminación de ajuste. La estructura de superficie puede ser sometida a laminación de ajuste preferentemente mediante un rodillo de laminación de ajuste estructurado con láser (no representado), compárese el documento EP 2 892 663 B1. La proporción de soporte es inferior al 30 %, reproduciendo la proporción de soporte la relación de las superficies de las zonas salientes (2.1) o de la superficie de la zona saliente (2.1), superficie a rayas de la proporción de soporte (T), con respecto a las superficies de las zonas de cavidad (2.2). La Fig. 2b) muestra únicamente una estructura en I como ejemplo, la cual puede estamparse en una chapa de acero (1) revestida. El factor F es mayor a 1, que expresa la relación de superficie sometida a laminación de ajuste, se corresponde, por ejemplo, con la superficie del rectángulo o cuadrado representado en la Fig. 2a), menos la superficie de la proporción de soporte (T), y del cuadrado del perímetro de superficie (U), compárese la Fig. 2b).
Una estructura de superficie determinística se analiza en el ejemplo de una estampación recurrente en forma de I. Son concebibles y aplicables también otras formas de realización y no están limitadas a una estampación en forma de I. El revestimiento con base de zinc contenía además de zinc y ensuciamientos inevitables, magnesio, con un contenido de 1,1 % en peso, y aluminio, con un contenido de 1,6 % en peso. El grosor del revestimiento se ajustó a 7 μm durante un revestimiento de inmersión en caliente en una chapa/banda de acero con grosor de 1,2 mm. El grado de laminación de ajuste fue de 0,8 %. Esta chapa de acero sometida a laminación de ajuste se examinó con mayor detalle, en particular en lo referente a la composición de superficie. En la figura 3) se muestran imágenes de ToF-SIMS de una sección de esta chapa de acero sometida a laminación de ajuste, en una alta resolución lateral en una zona de 200x200 μm para la caracterización de la composición de superficie química. A la derecha se representan imágenes de distribuciones de señal individual de los elementos de aleación Mg, Al y Zn y a la izquierda se representa una superposición de las distribuciones de señal individuales. Puede verse bien que se han configurado capas de óxido ricas en magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) durante el revestimiento por inmersión en caliente. Debido a que las zonas salientes (2.1) no interactúan o lo hacen de manera insignificante con los elementos de conformación de un rodillo de laminación de ajuste, y de este modo no están expuestas esencialmente a ninguna introducción de fuerza, las capas de óxido ricas en magnesio esencialmente se mantienen en la superficie representada en claro del revestimiento (1.2) en las zonas salientes o zona saliente (2.1), véase la Fig. 3 representación izquierda. De modo diferente se comporta la concentración relativa del magnesio en las zonas de cavidad (2.2) o en las zonas de flanco (2.3). La concentración relativa de magnesio (en forma metálica y/u oxídica y/o en forma hidroxídica y/o como carbonato de calcio), que se presenta en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2) es inferior a la de la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1) o en las zonas de flanco (2.3). La concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2) es, por ejemplo, al menos un 20 % inferior a la de la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1), en particular al menos un 40%, preferentemente al menos un 40 %, preferentemente al menos un 90 %.
Los elementos de aleación dispuestos directamente por debajo de la capa de óxido rica en magnesio, (óxido de) zinc y/o de aluminio, acceden a través de la actuación mecánica de los elementos de conformación del rodillo de laminación de ajuste a la superficie, de modo que existe una concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2), la cual es mayor a la concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1). La concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2) es al menos un 20 % superior a la concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1), en particular al menos un 30 %, preferentemente al menos un 40 %, preferentemente al menos un 50 %. Debido a la actuación de los elementos de conformación del rodillo de laminación de ajuste puede influirse en la concentración de magnesio, zinc y/o aluminio dentro de las zonas de cavidad (2.2), en particular en dependencia del grado de laminación de ajuste, el cual puede ser de entre 0,5 % y 2,5 %.
Para análisis adicionales se utilizaron seis chapas de acero revestidas, sometidas a laminación de ajuste (V1 a V6). El tipo de revestimiento se seleccionó igual para todas las chapas de acero, concretamente un revestimiento con base de zinc (zinc y ensuciamientos inevitables) con un contenido de magnesio de 1,6 % en peso y un contenido de aluminio de 1,1 % en peso, que se aplicó mediante proceso de revestimiento por inmersión en caliente y adoptó un grosor de aproximadamente 7 μm. V1 a V3 se sometieron a laminación de ajuste con una estructura de superficie estocástica y V4 a V6 con una estructura de superficie determinística en forma de una forma en I recurrente.
Tabla 1
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Las indicaciones de la tabla 1 en relación con una prueba de embutición de tira, una prueba de embutición de copa de acuerdo con DIN EN 1669, que se llevó a cabo en las seis chapas de acero V1 a V6, muestran esencialmente un resultado positivo. El factor F y la proporción de soporte en V1 a V3 no pudieron determinarse, dado que una estructura de superficie estocástica no presenta ninguna magnitud que pueda registrarse de forma razonable y por lo tanto se indica con *. Se evaluó de acuerdo con los siguientes criterios:
+++ significa que no pudo apreciarse ninguna pérdida de grosor,
+ significa que tanto el valor de fricción determinado en la prueba de embutición de tira, así como también la pérdida de grosor a la salida del canto de estampado en la chapa de acero conformado era menor (pérdida de grosor reducida de por debajo de 5 % del grosor de chapa de acero de partida).,
significa que la pérdida de grosor mínima en la chapa de acero conformada era de por encima del 5 % pero por debajo del 10 % del grosor de chapa de acero de partida,
0 significa que resultó una pérdida de grosor claramente reconocible sin grietas, pero que ya no se encontraba en el rango tolerable (15 % hasta 25 % del grosor de chapa de acero de partida).
Debido al ajuste en particular preciso de la concentración relativa de magnesio, en particular debido a la reducción de las capas de óxido ricas en magnesio en la superficie del revestimiento en las zonas de cavidad, pudo reducirse la capa de aceite en las chapas de acero V4 a V6 revestidas de acuerdo con la invención y sometidas a laminación de ajuste con estructura de superficie determinística a por debajo de 1 g/m2, siendo suficiente la cantidad para lograr un resultado correspondientemente bueno.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Chapa de acero (1) revestida de un revestimiento (1.2) con base de zinc y sometida a una laminación de ajuste con una estructura de superficie (2) determinística, presentando la estructura de superficie (2) zonas salientes (2.1) y zonas de cavidad (2.2), las cuales están unidas entre sí a través de zonas de flanco (2.3),
caracterizada por que
el revestimiento contiene, además de zinc y ensuciamientos inevitables, elementos adicionales, como aluminio, con un contenido de 0,1 hasta 5 % en peso, y magnesio, con un contenido de 0,1 a 5 % en peso en el revestimiento (1.2), existiendo una concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2), la cual es inferior a la de la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1).
2. Chapa de acero según la reivindicación 1, siendo la concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2) al menos un 20 % inferior que en las zonas salientes (2.1), en particular al menos un 40 %, preferentemente al menos un 60 %, preferentemente al menos un 90 %.
3. Chapa de acero según una de las reivindicaciones anteriores, existiendo una concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2), que es superior a la concentración relativa de zinc en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1).
4. Chapa de acero según una de las reivindicaciones anteriores, estando configurada la zona de flanco (2.3) con respecto a la perpendicular (O) de la chapa de acero (1) con un ángulo (a) de entre 1° y 89°.
5. Chapa de acero según una de las reivindicaciones anteriores, presentando la chapa de acero (1) una proporción de soporte inferior al 50 %, en particular inferior al 40 %, preferentemente inferior al 30 %, preferentemente inferior al 25 %, de manera particularmente preferente inferior al 20 %.
6. Chapa de acero según una de las reivindicaciones anteriores, presentando la chapa de acero (1) un factor F mayor a 1 %.
7. Chapa de acero según una de las reivindicaciones anteriores, estando la chapa de acero (1) provista adicionalmente de un medio de proceso (M), estando alojado en particular el medio de proceso (M) con una capa de hasta 2 g/m2 en la estructura de superficie (2).
8. Procedimiento para la producción de una chapa de acero (1) revestida de un revestimiento (1.2) con base de zinc y sometida a laminación de ajuste con una estructura de superficie (2) determinística, comprendiendo las siguientes etapas:
- poner a disposición un chapa de acero revestida de un revestimiento con base de zinc, conteniendo el revestimiento, además de zinc y ensuciamientos inevitables, elementos adicionales como aluminio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso y magnesio, con un contenido de 0,1 a hasta 5 % en peso en el revestimiento, - someter a laminación de ajuste la chapa de acero con un rodillo de laminación de ajuste, estando configurada la superficie del rodillo de laminación de ajuste, que actúa sobre la superficie de la chapa de acero, con una estructura de superficie determinística, de tal manera que tras la laminación de ajuste la estructura de superficie (2) de la chapa de acero (1) revestida y sometida a laminación de ajuste presenta zonas salientes (2.1) y zonas de cavidad (2.2), las cuales están unidas entre sí a través de zonas de flanco (2.3), y a través de la actuación del rodillo de laminación de ajuste se ajusta una concentración relativa de magnesio en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas de cavidad (2.2), la cual es inferior que en la superficie del revestimiento (1.2) en las zonas salientes (2.1).
9. Procedimiento según la reivindicación 8, siendo un grado de laminación de ajuste de al menos 0,5 %.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 o 9, estando la chapa de acero (1) provista adicionalmente de un medio de proceso (M), aplicándose el medio de proceso (M) con una capa de hasta 2 g/m2.
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