ES2339804T3 - Procedimiento para el recubrimiento por inmersion en baño fundido de un producto plano hecho de acero de gran resistencia. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para recubrir un producto plano hecho de acero de gran resistencia que comprende diversos componentes de aleación, especialmente Mn, Al, Si y/o Cr, con un revestimiento metálico, según el cual el producto plano de acero, en primer lugar, se somete a un tratamiento térmico para dotarse, en el estado calentado, con el revestimiento metálico mediante recubrimiento por inmersión en un baño fundido que contiene en total al menos un 85% de zinc y/o de aluminio, caracterizado porque el tratamiento térmico comprende los siguientes pasos de procedimiento: a) El producto plano de acero se calienta a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una atmósfera reductora con un contenido en H2 de 2% a 8%, por lo menos. b) La superficie compuesta principalmente de hierro puro se transforma en una capa de óxido de hierro mediante un tratamiento térmico del producto plano de acero que dura entre 1 y 10 seg. a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una cámara de reacción integrada en el horno de paso continuo con una atmósfera oxidante con un contenido en O2 de 0,01% a 1%. c) A continuación, el producto plano de acero se somete a un recocido en una atmósfera reductora con un contenido en H2 de 2% a 8%, mediante su calentamiento hasta 900ºC como máximo, durante un período que supera la duración del tratamiento térmico realizado para la formación de la capa de óxido de hierro (paso de procedimiento b), en tanto tiempo que la capa de óxido de hierro formada previamente se reduzca a hierro puro al menos en su superficie. d) A continuación, el producto plano de acero se enfría hasta la temperatura del baño fundido.
Description
Procedimiento para el recubrimiento por
inmersión en baño fundido de un producto plano hecho de acero de
gran resistencia.
La invención se refiere a un procedimiento para
recubrir un producto plano hecho de acero de gran resistencia que
comprende diversos componentes de aleación, especialmente Mn, Al, Si
y/o Cr, tales como flejes de acero o chapas de acero, con un
revestimiento metálico, según el cual el producto plano de acero se
somete a un tratamiento térmico para dotarse, en el estado
calentado, con el revestimiento metálico mediante recubrimiento por
inmersión en un baño fundido que contiene en total al menos un 85%
de zinc y/o de aluminio.
En la construcción de carrocerías de automóviles
se usan chapas de acero laminadas en caliente o en frío, que por
razones de la protección anticorrosiva, son de superficie afinada.
Existen múltiples requisitos con respecto a este tipo de flejes.
Por una parte, deben poder deformarse bien y, por otra parte, deben
tener una resistencia elevada. La resistencia elevada se consigue
añadiendo al hierro determinados componentes de aleación como, por
ejemplo, Mn, Si, Al y Cr.
Para optimizar el perfil de características de
los aceros de gran resistencia, las chapas suelen someterse a un
recocido inmediatamente antes de su recubrimiento con zinc y/o
aluminio en el baño fundido. Mientras no resulta problemático el
recubrimiento por inmersión en baño fundido de flejes de acero que
contienen sólo pequeñas partes de los componentes de aleación
mencionados, surgen dificultades cuando se recubren por inmersión
en baño fundido chapas de acero con mayores partes de aleación, en
el procedimiento convencional. En este caso, resultan zonas en las
que el revestimiento tiene una adherencia insuficientemente a la
chapa de acero o que quedan totalmente sin recubrir.
Según el estado de la técnica, existe una
multitud de experimentos para evitar estas dificultades. No
obstante, aparentemente todavía no existe ninguna solución óptima
del problema.
En un procedimiento conocido para el
recubrimiento por inmersión en masa fundida de un fleje de acero con
zinc, el fleje que se ha de recubrir pasa por un precalentador
calentado directamente (DFF = Direct Fired Furnace). En los
quemadores de gas empleados, mediante la modificación de la mezcla
de gas y aire es posible producir un incremento del potencial de
oxidación en la atmósfera existente alrededor del fleje. El
potencial de oxígeno incrementado conduce a la oxidación del hierro
en la superficie del fleje. En un tramo de horno siguiente se
reduce la capa de óxido de hierro formada de esta manera. El ajuste
selectivo del grosor de la capa de óxido en la superficie del fleje
resulta muy difícil. Con una alta velocidad del fleje resulta más
fina que con una baja velocidad del fleje. Por consiguiente, en la
atmósfera reductora no puede producirse una definición exacta de la
consistencia de la superficie del fleje. Esto, a su vez, puede
conducir a problemas de adherencia del revestimiento a la
superficie del fleje.
En las líneas modernas de recubrimiento por
inmersión en masa fundida con un precalentador de tubo radiante
(RTF = Radiant Tube Furnace), al contrario de la instalación
conocida, descrita anteriormente, no se usan quemadores calentados
por gas. Por lo tanto, no puede realizarse la oxidación previa del
hierro mediante una modificación de la mezcla de gas y aire. En
estas instalaciones, más bien, el tratamiento completo de recocido
del fleje se realiza en una atmósfera de gas protector. Sin embargo,
en un tratamiento de recocido de este tipo de un fleje de acero con
mayores componentes de aleación, dichos componentes de aleación
pueden difundirse a la superficie del fleje y formar allí óxidos
irreductibles. Estos óxidos entorpecen el recubrimiento correcto
con zinc y/o aluminio en un baño fundido.
En la literatura de patentes también se
describen diferentes procedimientos para el recubrimiento por
inmersión en masa fundida de un fleje de acero con diferentes
materiales de recubrimiento.
Por el documento DE68912243T2 se conoce un
procedimiento para el recubrimiento continuo por inmersión en baño
caliente de un fleje de acero con aluminio, en el cual el fleje se
calienta en un horno de paso continuo. En una primera zona se
eliminan las impurezas de la superficie. Para ello, la atmósfera del
horno tiene una temperatura muy elevada. Sin embargo, debido a que
el fleje pasa a alta velocidad por esta zona, se calienta sólo a
aproximadamente la mitad de la temperatura de la atmósfera. En la
segunda zona siguiente, que se encuentra bajo un gas protector, el
fleje se calienta a la temperatura del material de recubrimiento, el
aluminio.
Además, por el documento DE695.07.977T2 se
conoce un procedimiento de recubrimiento de dos etapas en baño
caliente de un fleje hecho de una aleación de acero que contiene
cromo. Según este procedimiento, en una primera etapa, el fleje se
somete a un recocido para obtener un enriquecimiento de hierro en la
superficie del fleje. A continuación, el fleje se calienta, en una
atmósfera no oxidante, a la temperatura del metal de
recubrimiento.
Por el documento JP02285057A, además se conoce
el galvanizado de un fleje de acero en un procedimiento de varias
etapas. Para ello, el fleje que previamente se ha limpiado se trata
en una atmósfera no oxidante a una temperatura de aprox. 820ºC. A
continuación, el fleje se trata a entre aprox. 400ºC y 700ºC en una
atmósfera ligeramente oxidante, antes de reducirse su superficie en
una atmósfera reductora. Finalmente, el fleje enfriado a entre
aprox. 420ºC y 500ºC se somete al galvanizado habitual.
El documento JP02285057 da a conocer un
procedimiento para el recubrimiento por inmersión en masa fundida
de un fleje de acero, que comprende un pretratamiento térmico. El
tratamiento térmico incluye un calentamiento del fleje en una
atmósfera reductora, un segundo paso de calentamiento en una
atmósfera oxidante y un calentamiento siguiente hasta 800ºC en una
atmósfera reductora.
El documento US2004/177903 da a conocer un
procedimiento para el recubrimiento por inmersión en masa fundida
de un fleje de acero de gran resistencia con diversos componentes de
aleación oxidables. El procedimiento incluye un calentamiento en
una atmósfera reductora y además el horno de tratamiento térmico
comprende una zona constituida por una atmósfera oxidante.
La invención tiene el objetivo de proporcionar
un procedimiento para el recubrimiento por inmersión en masa
fundida con zinc y/o aluminio de un producto plano hecho de acero de
gran resistencia, que permita producir en una instalación RTF un
fleje de acero con una superficie óptimamente afinada.
Este objetivo se conseguido partiendo de un
procedimiento del tipo mencionado al principio, de tal forma que en
el marco del tratamiento térmico que precede al recubrimiento por
inmersión en masa fundida, según la invención se realizan los
siguientes pasos de procedimiento:
- a)
- El fleje se calienta a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una atmósfera reductora con un contenido en H_{2} de 2% a 8%, por lo menos.
- b)
- La superficie compuesta principalmente de hierro puro se transforma en una capa de óxido de hierro mediante un tratamiento térmico del fleje que dura entre 1 y 10 seg. a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una cámara de reacción integrada en el horno de paso continuo con una atmósfera oxidante con un contenido en O_{2} de 0,01% a 1%.
- c)
- A continuación, el producto plano de acero se somete a un recocido en una atmósfera reductora con un contenido en H_{2} de 2% a 8%, mediante su calentamiento hasta 900ºC como máximo, durante un período que supera la duración del tratamiento térmico, realizado para la formación de la capa de óxido de hierro (paso de procedimiento b), en tanto tiempo que la capa de óxido de hierro formada previamente se reduzca a hierro puro al menos en su superficie.
- d)
- A continuación, el producto plano de acero se enfría hasta la temperatura del baño fundido.
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Mediante el seguimiento de la temperatura según
la invención en el paso a) se evita que durante el calentamiento se
difundan componentes esenciales de la aleación a la superficie del
producto plano de acero. Sorprendentemente, se ha mostrado que
ajustando unas temperaturas relativamente altas, superiores a 750ºC
hasta 850ºC como máximo, la difusión de componentes de aleación a
la superficie se suprime de forma especialmente eficaz, de tal forma
que en el paso siguiente puede formarse una capa de óxido de hierro
eficaz. Esta evita que, a continuación, durante el siguiente
aumento de la temperatura de recocido, se difundan más componentes
de aleación a la superficie. De esta manera, durante el tratamiento
de recocido, en la atmósfera reductora es posible producir una capa
de hierro puro muy apropiada para un recubrimiento completo y de
firme adherencia de zinc y/o de aluminio.
El resultado del trabajo puede optimizarse de
tal forma que la capa de óxido de hierro producida en la atmósfera
oxidante se reduce completamente a hierro puro. En este estado, el
revestimiento presenta también unas características óptimas en
cuanto a su deformabilidad y resistencia.
Según una configuración de la invención, durante
el tratamiento del producto plano de acero en el trayecto con la
atmósfera oxidante, se puede medir el grosor de la capa de óxido que
se va formando y, en función de dicho grosor y del tiempo de
tratamiento que depende de la velocidad de paso del producto plano
de acero, se ajusta el contenido en O_{2} de tal forma que a
continuación la capa de óxido pueda reducirse completamente. De
esta manera, la modificación de la velocidad de paso del producto
plano de acero, por ejemplo, como consecuencia de perturbaciones,
puede tenerse en cuenta sin perjuicio para la calidad de la
superficie del producto plano de acero recubierto por inmersión en
baño fundido.
Se consiguieron buenos resultados en la
realización del procedimiento, si se produce una capa de óxido con
un grosor de 300 nanómetros, como máximo.
Una difusión de componentes de la aleación a la
superficie del producto plano de acero también puede contrarrestarse
realizando el calentamiento en el paso a) del procedimiento según
la invención lo más rápidamente posible. Unos resultados
especialmente buenos se consiguen si la duración del calentamiento
del producto plano de acero, previo a la oxidación, a entre más de
750ºC a 850ºC, se limita a 300 seg., como máximo, especialmente a
250 seg., como máximo.
Por consiguiente, resulta ventajoso que la
velocidad de calentamiento durante el calentamiento del producto
plano de acero, que según la invención precede a la oxidación,
ascienda a al menos 2,4ºC/seg., situándose especialmente en el
intervalo de 2,4 a 4,0ºC/seg.
\newpage
En cambio, el tratamiento térmico posterior a la
oxidación, con el enfriamiento subsiguiente del producto plano de
acero, debería durar más de 30 seg., especialmente más de 50 seg.,
para garantizar de manera fiable una reducción suficiente de la
capa de óxido de hierro, generada previamente, a hierro puro.
Como componente de aleación, el acero de gran
resistencia puede contener al menos una selección de los siguientes
componentes: Mn > 0,5%, Al > 0,2%, Si > 0,1%, Cr > 0,3%.
Se pueden añadir otros componentes como, por ejemplo, Mo, Ni, V,
Ti, Nb y P.
Realizando el procedimiento según la invención,
el tratamiento térmico del producto plano de acero en la atmósfera
reductora tanto durante el calentamiento como durante el recocido
posterior dura un múltiplo más que el tratamiento térmico en la
atmósfera oxidante. De esta manera, se consigue que el volumen de la
atmósfera oxidante en comparación con el volumen restante de la
atmósfera reductora resulte muy pequeño. Esto ofrece la ventaja de
poder reaccionar rápidamente a cambios del proceso de tratamiento,
especialmente de la velocidad de paso y de la formación de la capa
de oxidación. Por lo tanto, en la práctica, el tratamiento térmico
según la invención del producto plano de acero en la atmósfera
reductora puede realizarse en un horno de paso continuo dotado de
una cámara que contiene la atmósfera oxidante, pudiendo ser el
volumen de la cámara un múltiplo más pequeño que el volumen
restante del horno de paso continuo.
El procedimiento según la invención resulta
especialmente apropiado para el galvanizado al fuego. Sin embargo,
el baño fundido puede componerse también de zinc y aluminio o de
aluminio con adiciones de silicio. Independientemente de la
composición elegida de la masa fundida, el contenido en zinc y/o en
aluminio de la masa fundida debe ascender en total al 85%, como
mínimo. Las masas fundidas con esta composición son, por ejemplo,
las siguientes:
- Z: 99% de Zn
- ZA: 95% de Zn + 5% de Al
- AZ: 55% de Al + 43,4% de Zn + 1,6% de Si
- AS: 89 - 92% de Al + 8 - 11% de Si
En caso de un revestimiento de zinc puro (Z),
éste puede transformarse, mediante un tratamiento térmico (recocido
de difusión), en una capa de zinc y hierro (revestimiento
galvanizado) deformable.
A continuación, la invención se describe en
detalle con la ayuda de un dibujo que representa un ejemplo de
realización.
La única figura muestra esquemáticamente una
instalación de galvanizado con un horno de paso continuo 5 y un
baño fundido 7. Adicionalmente, en la figura para el horno de paso
continuo está representado el desarrollo de la temperatura a lo
largo del tiempo de paso.
La instalación de galvanizado está destinada al
recubrimiento en paso continuo de un producto plano de acero
existente en forma de un fleje de acero 1 laminado en caliente o en
frío, hecho de un acero de gran resistencia que contiene al menos
un elemento de aleación del grupo Mn, Al, Si y Cr y, opcionalmente,
otros elementos de aleación para ajustar determinadas propiedades.
En el acero puede tratarse especialmente de un acero TRIP.
El fleje de acero 1 se desenrolla de un rollo 2
y se hace pasar por un decapante 3 y/u otra instalación 4 para la
limpieza de superficie.
Después, el fleje 1 limpiado pasa de forma
continua por un horno de paso continuo 5 y, desde éste, se hace
pasar a un baño fundido de inmersión 7 a través de una boca 6
cerrada frente a la atmósfera ambiente. En el presente caso, el
baño fundido de inmersión 7 está formado por una masa fundida de
zinc.
El fleje de acero 1 provisto del revestimiento
de zinc, que sale del baño fundido de inmersión 7, llega a través de
un trayecto de enfriamiento 8 o de un dispositivo para el
tratamiento térmico, a una estación de enrollamiento 9 en la que se
enrolla formando un rollo.
En caso de necesidad, el fleje de acero 1 se
hace pasar en forma de meandro por el honro de paso continuo 5 para
poder conseguir unos tiempos de tratamiento suficientemente largos
con una longitud practicable del horno de paso continuo 5.
El horno de paso continuo 5 del tipo RTF (RTF =
horno de tubo radiante) está dividido en tres zonas 5a, 5b, 5c. La
zona central 5b constituye una cámara de reacción y está cerrada
frente a la atmósfera de la primera y la última zona 5a, 5c. Su
longitud mide sólo aprox. 1/100 de la longitud total del horno de
paso continuo 5. Para mayor claridad, el dibujo no está
representado a escala proporcional a este respecto.
Según las diferentes longitudes de las zonas
varían también los tiempos de tratamiento del fleje 1 que pasa por
las distintas zonas 5a, 5b, 5c.
En la primera zona 5a existe una atmósfera
reductora. Una composición típica de esta atmósfera se compone de
2% a 8% de H_{2}, típicamente de 5% de H_{2}, y el resto de
N_{2}.
En la zona 5a del horno de paso continuo 1 se
realiza un calentamiento del fleje a más de 750 a 850ºC, típicamente
a 800ºC. El calentamiento se realiza a una velocidad de
calentamiento de 3,5ºC/seg., como mínimo. A esta temperatura y esta
velocidad de calentamiento, los componentes de aleación contenidos
en el fleje de acero 1 se difunden a su superficie sólo en pequeñas
cantidades.
En la zona central 5b del horno de paso continuo
5, el fleje de acero 1 se mantiene sustancialmente sólo a la
temperatura alcanzada en la primera zona 5a. La atmósfera de la zona
5b, sin embargo, contiene oxígeno, por lo que se produce una
oxidación de la superficie del fleje de acero 1. El contenido en
O_{2} de la atmósfera que reina en la zona 5b es de 0,01% a 1%,
típicamente de 0,5%. El contenido en oxígeno de la atmósfera que
reina en la zona 5b puede ajustarse, por ejemplo, en función del
tiempo de tratamiento y del grosor de la capa de óxido que se ha de
generar sobre el fleje de acero 1. Si el tiempo de tratamiento es
corto, por ejemplo, se ajusta un alto contenido en O_{2},
mientras que en caso de un largo tiempo de tratamiento, por ejemplo,
puede elegirse un bajo contenido en oxígeno para generar una capa
de óxido con el mismo grosor.
Debido a que la superficie del fleje de acero 1
está expuesta a una atmósfera que contiene oxígeno, en la
superficie del fleje se forma la capa de óxido de hierro deseada. El
grosor de dicha capa de óxido de hierro puede detectarse de forma
óptica, recurriéndose al resultado de la medición para ajustar el
correspondiente contenido en oxígeno de la zona 5b.
Dado que la zona central 5b es muy corta en
comparación con la longitud total del horno, el volumen de la
cámara es correspondientemente pequeño. Por esta razón, es corto el
tiempo de reacción para un cambio de la composición de la
atmósfera, de modo que se puede reaccionar rápidamente a un cambio
de la velocidad del fleje o a una variación del grosor de la capa
de óxido de la medida deseada, mediante un ajuste correspondiente
del contenido en oxígeno en la atmósfera que reina en la zona 5b.
Por tanto, el reducido volumen de la zona 5b permite unos tiempos
de regulación cortos.
En la zona 5c del horno de paso continuo 5,
situada a continuación de la zona 5b, el fleje de acero 1 se
calienta hasta una temperatura de recocido de aprox. 900ºC. El
recocido realizado en la zona 5c tiene lugar en una atmósfera de
nitrógeno reductora que presenta un contenido en H_{2} del 5%.
Durante este tratamiento de recocido, la capa de óxido de hierro,
por una parte, evita la difusión de componentes de la aleación a la
superficie del fleje. Dado que el tratamiento de recocido se realiza
en una atmósfera reductora, la capa de óxido de hierro, por otra
parte, se transforma en una capa de hierro puro.
En su siguiente trayectoria en dirección hacia
el baño fundido de inmersión 7, el fleje de acero 1 se sigue
enfriando, de modo que al salir del horno de paso continuo 5
presenta una temperatura que supera hasta un 10% la temperatura de
aprox. 480ºC del baño fundido de inmersión 7. Puesto que, después de
salir del horno de paso continuo 5, la superficie del fleje 1 se
compone de hierro puro, ofrece una base óptima para una unión
adherente del revestimiento de zinc aplicado en el baño fundido de
inmersión 7.
Claims (11)
1. Procedimiento para recubrir un producto plano
hecho de acero de gran resistencia que comprende diversos
componentes de aleación, especialmente Mn, Al, Si y/o Cr, con un
revestimiento metálico, según el cual el producto plano de acero,
en primer lugar, se somete a un tratamiento térmico para dotarse, en
el estado calentado, con el revestimiento metálico mediante
recubrimiento por inmersión en un baño fundido que contiene en total
al menos un 85% de zinc y/o de aluminio, caracterizado
porque el tratamiento térmico comprende los siguientes pasos de
procedimiento:
- a)
- El producto plano de acero se calienta a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una atmósfera reductora con un contenido en H_{2} de 2% a 8%, por lo menos.
- b)
- La superficie compuesta principalmente de hierro puro se transforma en una capa de óxido de hierro mediante un tratamiento térmico del producto plano de acero que dura entre 1 y 10 seg. a una temperatura de > 750ºC a 850ºC en una cámara de reacción integrada en el horno de paso continuo con una atmósfera oxidante con un contenido en O_{2} de 0,01% a 1%.
- c)
- A continuación, el producto plano de acero se somete a un recocido en una atmósfera reductora con un contenido en H_{2} de 2% a 8%, mediante su calentamiento hasta 900ºC como máximo, durante un período que supera la duración del tratamiento térmico realizado para la formación de la capa de óxido de hierro (paso de procedimiento b), en tanto tiempo que la capa de óxido de hierro formada previamente se reduzca a hierro puro al menos en su superficie.
- d)
- A continuación, el producto plano de acero se enfría hasta la temperatura del baño fundido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la capa de óxido de hierro producida se
reduce completamente a hierro puro.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque durante el tratamiento del producto
plano de acero en el trayecto con la atmósfera oxidante, se mide el
grosor de la capa de óxido que se va formando y, en función de
dicho grosor y del tiempo de tratamiento que depende de la velocidad
de paso del producto plano de acero, se ajusta el contenido en
O_{2} de tal forma que seguidamente la capa de óxido se reduce
completamente.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se produce una capa de óxido con un
grosor de 300 nm, como máximo.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
calentamiento del producto plano de acero a más de 750ºC a 850ºC,
que precede al calentamiento, dura como máximo 300 seg.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
siguiente tratamiento térmico, posterior a la oxidación, con el
enfriamiento subsiguiente del producto plano de acero, dura más de
30 seg.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero
de gran resistencia contiene al menos una selección de los
siguientes componentes de aleación: Mn > 0,5%, Al > 0,2%, Si
> 0,1%, Cr > 0,3%.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
tratamiento térmico del producto plano de acero en la atmósfera
reductora se realiza en un horno de paso continuo con una cámara
integrada con la atmósfera oxidante, siendo el volumen de la cámara
un múltiplo más pequeño que el volumen restante del horno de paso
continuo.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, después
del galvanizado al fuego, el producto plano de acero se somete a un
tratamiento térmico.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
velocidad de calentamiento durante el calentamiento del producto
plano de acero, que precede a la oxidación, es de al menos
2,4ºC/seg.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la velocidad de calentamiento es de 2,4
a 4,0ºC/seg.
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