MX2007010902A

MX2007010902A - Proceso para elaborar una parte de acero recubierto que tiene muy alta resistencia despues del tratamiento termico.

Info

Publication number: MX2007010902A
Application number: MX2007010902A
Authority: MX
Inventors: Jean-Pierre Laurent; Jacques Devroc
Original assignee: Arcelor France
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-12-06
Also published as: BRPI0607572B8; ZA200707171B; BRPI0607572A2; PL1861521T3; FR2883007B1; ES2748465T3; RU2007137663A; US20080283156A1; MA29276B1; CN101137769B; WO2006097593A8; JP5002579B2; KR20070111518A; EP1861521B1; HUE045793T2; BRPI0607572B1; CN101137769A; WO2006097593A1; UA88951C2; US7708843B2

Abstract

La invencion se relaciona con un metodo para la elaboracion de una parte con caracteristicas mecanicas muy altas a partir de una tira de acero rolada en caliente o rolada en frio, que comprende el recubrimiento previo de la tira con aluminio o aleacion de aluminio, proceso de deformacion en frio de la tira recubierta, opcionalmente el corte del exceso de la placa metalica en vista en la geometria final de la parte, el calentamiento de la parte a fin de producir un compuesto intermetalico de la interfase de acero/recubrimiento previo y para austenitizar el acero, transferir la parte dentro de un equipo, enfriar la parte dentro del equipo con una velocidad tal que la estructura de acero despues que se enfrie sea martensitica o bainitica o martensita-bainita. El recubrimiento previo se realiza por electroplastia, por deposicion quimica o fisica de vapor o por rolado combinado.

Description

PROCESO PARA ELABORAR UNA PARTE DE ACERO RECUBIERTO QUS TIENE MUY ALTA RESISTENCIA DESPUÉS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con la elaboración de partes de acero recubiertas roladas en caliente o roladas en frío, que tienen una alta resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión. Para algunas aplicaciones, se desea producir partes de acero que combinan alta resistencia mecánica, buena resistencia al impacto y buena resistencia a la corrosión.

Este tipo de combinación es particularmente deseable en la industria automotriz en donde el objetivo es el producir vehículos significativamente más ligeros. En particular esto puede lograrse al usar aceros que tienen propiedades mecánicas muy altas, para las partes de anti-intrusión, estructurales de seguridad de vehículos automotores (miembros transversales del guardafango, puerta o refuerzos de postes centrales, brazos de la rueda) requieren, por ejemplo, las cualidades mencionadas anteriormente. La Patente FR 2 807 447 revela un proceso de elaboración en donde una plancha de acero base se suministra con un recubrimiento metálico previo, el acero que posee una resistencia a la tensión alrededor de 500 MPa, una operación de formación en frío, por ejemplo, estirado en frío o Ref.: 185676 perfilado, se realiza y después se lleva a cabo un tratamiento térmico para el propósito del templado subsiguiente de la plancha en una herramienta de conformación acoplada con la geometría de la parte. Durante la fase de calentamiento de este tratamiento térmico, se forma un recubrimiento intermetálico sobre la superficie de la parte por la aleación inicial de recubrimiento previo con el acero base. De esta forma, se obtienen partes resistentes a la corrosión con por ejemplo una resistencia mecánica mayor de 1500 MPa. La plancha de acero base puede estar recubierta previamente con aluminio o con una aleación de aluminio por un proceso de recubrimiento de inmersión en caliente. Sin embargo, se encuentran en ciertos casos limitaciones en la implementación de este proceso. Durante las operaciones de formación en frío realizadas en la parte antes del tratamiento térmico, ciertas zonas pueden sujetarse a más severas deformaciones, y la interfase entre el sustrato y el recubrimiento previo posiblemente puede sufrir daño formando descomposición. En este caso, el subsecuente tratamiento de calor puede dar como resultado la formación de escamas cerca de la capa de aleación interfacial. La presencia de esta escama es en deterioro para la aleación satisfactoria entre el acero base y el recubrimiento previo que contiene aluminio.

Sin embargo, después que las partes aluminizadas se han conformado en frío, estas pueden cortarse, punzonarse o adornarse, con el propósito de eliminar el material en exceso antes del posterior tratamiento térmico de aleación. La presencia del recubrimiento previo con base de aluminio recubierto por inmersión en caliente puede contribuir a desgastar la herramienta de corte. Además, el recubrimiento previo de las planchas aluminizadas sumergidas en caliente puede tener una variación en el espesor con relación al espesor estándar. El calentamiento durante el tratamiento térmico de aleación se realiza muy rápido, por lo general en unos cuantos minutos, de manera que si existiera un sobre espesor excesivo no se completaría la aleación del recubrimiento. Ya que el punto de fusión de los recubrimientos previos por lo general es de 660°C en el caso del aluminio, o 580°C en el caso de una aleación al 10% de silicio/aluminio, puede existir una fusión prematura en el lado más grueso del recubrimiento antes que la parte alcance la temperatura de austenización. Ya que los tratamientos térmicos generalmente se realizan en hornos en donde las partes se mueven junto con los rodillos, la superficie de los últimos se contamina con una capa que surge de la fusión parcial del recubrimiento previo, con detrimento de la correcta operación de los hornos. Además, la aleación incompleta del recubrimiento previo se deteriora durante las posteriores operaciones de cataforesis. El objetivo de la presente invención es resolver los problemas mencionados anteriormente. En particular, el objetivo de la invención es proveer un proceso para elaborar partes de acero roladas en caliente o roladas en frío recubiertas previamente con aluminio o con una aleación de aluminio, que permite sustancialmente la previa deformación en frío antes de realizar el tratamiento de aleación sin, como una consecuencia, cualquier riesgo posterior relacionado con el tratamiento de aleación. El objetivo de la invención es reducir el desgaste de la herramienta durante el trabajo mecánico antes del tratamiento térmico de la aleación. El objetivo de la invención también es el obtener, después del tratamiento térmico, la aleación completa del recubrimiento previo con aluminio o aleación de aluminio. Para este propósito, el tema de la invención es un proceso para elaborar una parte que tiene propiedades mecánicas muy altas a partir de una tira de acero que comprende los siguientes pasos sucesivos: - la tira se recubre previamente con aluminio o con una aleación de aluminio. Este recubrimiento previo puede realizarse por uno o más pasos de acuerdo con los métodos dados enseguida, por estos mismos o en combinación: " recubrimiento previo por uno o más pasos de electrodeposición de aluminio o aleación de aluminio, " recubrimiento previo por uno o más pasos de deposición química con vapor de aluminio o aleación de aluminio, • recubrimiento previo por uno o más pasos de deposición física con vapor de aluminio o aleación de aluminio, " recubrimiento previo por uno o más pasos de rolado-complementario, en donde la tira de acero se rola complementariamente con una hoja de aluminio o aleación de aluminio, " la interfase entre la tira de acero y el recubrimiento previo que no tiene fases intermetálicas gracias a la implementación de estos método de recubrimiento previo; la tira recubierta se deforma en frío; el exceso de la plancha posiblemente se elimina, en vista de la geometría final de esta parte; la parte se calienta, por ejemplo en un horno, a fin de formar un compuesto intermetálico sobre la superficie de la parte inicial de la interfase acero/recubrimiento previo y para austenizar el acero. Durante la fase de calentamiento de este tratamiento térmico, se forma un recubrimiento intermetálico sobre la superficie de la parte por la aleación de la capa de recubrimiento previo inicial con el acero base, esta aleación se realiza sobre todo el espesor de la capa de recubrimiento previo; y - después del calentamiento, la parte se transfiere a una herramienta. El tiempo de transferencia entre la fase de calentamiento y la parte que entra en contacto con la herramienta es lo suficientemente corta para que no se realice ninguna transformación de la austenita durante este periodo de tiempo. La geometría y el diseño de la herramienta se diseña tanto para la parte que será tratada como para la severidad del templado. En particular, estas herramientas pueden enfriarse, espacialmente por circulación de fluido, a fin de incrementar la productividad de las operaciones y/o para incrementar la severidad del templado. Una fuerza de sujeción puede proporcionar contacto íntimo entre las partes y la herramienta, permitiendo así el enfriamiento por conducción, y la mínima deformación. La parte se enfría en la herramienta con una velocidad tal que el acero tiene, después que se ha enfriado, una estructura martensítica o bainítica o una estructura martensita- bainita . En un método particular de implementación, la deformación generalizada de la deformación en frío es mayor del 20%, al menos en un punto de la parte. El objetivo de la invención también es el uso de una parte que tiene propiedades mecánicas muy altas obtenidas de una tira de acero elaborada de acuerdo con uno de los métodos de implementación mencionados, a fin de elaborar partes estructurales o de seguridad para vehículos automotores terrestres . Otras características y ventajas de la invención se volverán aparentes con el transcurso de la siguiente descripción, dadas como medio de ejemplo, en donde: La Figura 1 muestra un ejemplo de una interfase de aleación de aluminio recubierto por inmersión en caliente/acero, antes de la deformación en frío; - La Figura 2 muestran la variación en esta interfase después de una deformación generalizada en frío mayor de %; - La Figura 3 muestra un ejemplo de una interfase de aleación de aluminio recubierto por inmersión en caliente/acero, sin deformación enfrío, después del tratamiento de aleación; y - La Figura 4 ilustra la capa superficial después de la deformación en frío mayor de 20%, seguido por un tratamiento de aleación. Se examinó la variación e la interfase de acero/recubrimiento durante un proceso de fabricación convencional. Para este propósito, se consideraron partes de acero de 1.2 ó 2 mm de espesor, estas tienen la siguiente composición en peso: Carbón: 0.15 a 0.25%; Manganeso: 0.8 a 1.5%; Silicio: 0.1 a 0.35%; Cromo: 0.01 a 0.2%; Titanio: < 0.1%; Fósforo: < 0.05%; Azufre: < 0.03%; y B: 0.0005% a 0.01%. Estas partes se recubrieron previamente usando un proceso de inmersión en caliente, en donde se sumergieron en un baño a base de aluminio que comprende: Silicio: 9-10%; Hierro: 2 a 3.5%, el resto que consiste de aluminio e impurezas inevitables . Se sabe que al poner acero en contacto con un baño de aluminio puro por arriba de 660°C se origina la deformación muy rápida de una capa gruesa de aleación intermetálica, espacialmente una que comprende FeAl3-Fe2Al5. Ya que esta capa tiene una baja deformación, una adición del 10% de silicio al baño hace posible reducir el grosor de esta capa intermediaria. La figura 1 muestra que la capa intermetálica, con una dureza Vickers de 600 a 800, tiene un espesor de aproximadamente 7 micrones, esta capa está rodeada por una capa metálica a base de aluminio de aproximadamente 15 micrones de espesor. Las partes recubiertas previamente se sujetaron a deformación enfrío en piezas de prueba del tipo Nakazima, esta se sometieron a esfuerzo de diferentes formas, principalmente en tensión uniaxial y expansión equibiaxial . Las deformaciones principales ei y e2, es decir las deformaciones en una deformación de referencia principal, se midieron en diferentes puntos por medio de rejilla con patrón circular fotodepositado más adelante. La deformación generalizada, que se relaciona con estos diferentes puntos se dedujo de estos . Al mismo tiempo, el comportamiento del recubrimiento previo se observó en diferentes lugares. Las observaciones muestran que, hasta una deformación generalizada alrededor de 10%, la capa intermedia se agrieta fina y regularmente, pero sin afectar la capa superior de metal de aluminio que lo rodea. Un tratamiento térmico posterior en un horno a 900°C durante 5 a 7 minutos, seguido por un templado en una herramienta enfriada con agua origina la aleación completa del recubrimiento previo inicial y en la desaparición de esta red limitada de grietas (Figura 3). Arriba del 20% de la deformación generalizada, los fragmentos de capa intermetálicos (Figura 2) y, en lugares, el recubrimiento de metal a base de aluminio se degrada. El posterior tratamiento térmico de aleación después puede originar una capa de escamas que crece o puede originar que la superficie de acero se descarburizar (Figura 4) , esto es deletéreo para el procesamiento posterior de la parte, por ejemplo el pintado.

Por lo tanto, la implementación del proceso de deformación en frío con una alta deformación puede originar dificultades con un recubrimiento previo a base de aluminio convencional. Dentro del contexto de la invención, se ha demostrado que este problema se resuelve cuando la interfase acero/aluminio no tiene fase intermetálica. Esto es porque, debido a la ductibilidad intrínseca del aluminio o de la aleación de aluminio debido a su estructura cúbica centrada de frente, la sustancial deformación en frío de un acero recubierto previamente no origina ninguna degradación de la interfase o del recubrimiento previo, así que el tratamiento de aleación posterior se lleva a cabo bajo condiciones óptimas . Se forma el recubrimiento previo de aluminio o aleación de aluminio por electroplastía, o por deposición física o química de vapor, o por rolado complementario, una tira de acero se roló complementariamente con una tira de aluminio o aleación de aluminio. Estos pasos de variación así originan un parte sin capa intermetálica entre el acero base y el recubrimiento previo antes del tratamiento de aleación. El proceso de acuerdo con la invención puede realizarse al aplicar el paso de recubrimiento previo en un solo paso, o al aplicarse en varios pasos. Da la misma forma, el proceso de acuerdo con la invención puede realizarse al combinar diferentes pasos de recubrimiento previo en sucesión a fin de explotar las ventajas intrínsecas de los diferentes métodos y con las diferentes características de los recubrimientos depositados . La aplicación del proceso de acuerdo con la invención hace más fácil realizar una operación de corte, punzonado o adornado en las partes después de la operación de formación en frío. Esto es porque un paso de formación intermedia puede probar ser útil para el propósito de reducir el volumen del metal que será calentado nuevamente en el tratamiento térmico. De acuerdo con la invención, este labrado del intermediario se facilita por la ausencia de la capa intermetálica dura (600 a 800 HV) que se encuentra en el proceso convencional. De esta forma, se reduce el desgaste de las herramientas de corte. Sin embargo, los pasos de recubrimiento previos de acuerdo con la invención proporcionan recubrimientos depositados regularmente con mayor espesor. Por ejemplo, las condiciones de recubrimiento previo que usan la deposición con vapor pueden proporcionar recubrimientos que tienen un intervalo de espesor entre los 15 y 20 micrómetros con una variación del espesor del orden de un micrómetro. Dependiendo del proceso de aluminización por inmersión en caliente, la variación del espesor del recubrimiento previo medido en una sección micrográfica puede ser del orden de ±10 micrómetros para un espesor medio de 25 micrómetros. Con el propósito de maximizar la productividad, es deseable para el calentamiento durante el tratamiento térmico de aleación para que se realice tan rápido como sea posible. Encontrando que puede existir un espesor más grueso que puede resultar de la fase de calentamiento que se incrementa, a fin de que se termine por completo la aleación. Para un tratamiento térmico dado, no se sabe que exista un sobre espesor excesivo que puede tener como consecuencia que la aleación resulte incompleta, originando la fusión parcial del recubrimiento previo. El paso de recubrimiento previo de acuerdo con la invención origina baja variabilidad del espesor, por medio de esto se reduce el riesgo de fundir e incrementar la estabilidad operacional de los hornos. Sin embargo, después de la austenización, el tratamiento de enfriamiento y templado en una herramienta da al acero una estructura martensítica o bainítica o una estructura martensita-bainita. Dependiendo de la composición del acero, en particular su contenido de carbono, y también su contenido de manganeso, cromo y boro, la resistencia máxima en las partes de acuerdo con la invención varía desde 1200 a 1700 MPa. De acuerdo con la invención, ya que se realiza el corte más limpiamente debido a la ausencia de una capa intermetálica, el efecto de muesca en el borde del corte es menor después del tratamiento de templado ya que se sabe que las estructuras total o parcialmente martensíticas son intrínsecamente más sensibles a los efectos de concentración del esfuerzo local. Así, la invención hace posible el fabricar las partes recubiertas fabricadas con altas propiedades, con formas más complejas, ya que la deformación en frío puede alcanzar altos niveles. La invención se implementa ventajosa y particularmente cuando el grado de deformación generalizada de la deformación en frío previo al tratamiento de aleación es mayor del 20%. Esto hace posible reducir el desgaste de la herramienta durante las operaciones de corte intermediarias, y originan mayor efectividad del tratamiento de aleación final. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Proceso para elaborar una parte que tiene propiedades mecánicas muy altas con una tira de acero rolado en caliente o rolado en frío, que comprende los siguientes pasos sucesivos : - la tira se recubre previamente con aluminio o una aleación de aluminio; - la tira recubierta se deforma en frío; - el exceso de la plancha posiblemente se elimina, en vista de la geometría final de la parte; la parte se calienta a fin de formar un compuesto intermetálico sobre la superficie de la parte inicial de la interfase de acero/recubrimiento previo y para austenitizar el acero; - la parte se transfiere a una herramienta; - la parte se enfría en la herramienta con una velocidad tal que el acero tiene, después que se ha enfriado, una estructura martensítica o estructura bainítica o una estructura martensita-bainita, caracterizado porque la interfase entre la tira de acero y el recubrimiento previo antes del calentamiento no contiene una fase intermetálica y en que el recubrimiento previo se forma por al menos un paso de electroplastía con aluminio o aleación de aluminio, por al menos un paso de deposición química de vapor de aluminio o aleación de aluminio, por al menos un paso de deposición física de vapor de aluminio o aleación de aluminio, por al menos un paso de rolado complementario en donde la tira de acero se rola complementariamente con una tira de aluminio o aleación de aluminio, es posible para al menos un paso de recubrimiento previo el realizarse por si solo o en combinación.
2. Proceso de elaboración de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación generalizada de la deformación en frío es mayor del 20%, al menos en un punto en la parte.
3. Uso de una parte que tiene propiedades mecánicas muy altas obtenidas con una tira de acero elaborada de conformidad con la reivindicación 1 ó 2 para la producción de partes estructurales o de seguridad para vehículos automotores terrestres.