CHAPA DE ACERO RECUBIERTA EN CALIENTE CON CINC ALEADO Y METODO PARA SU PRODUCCION.

Una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado, caracterizada por comprender una chapa de acero que incluye,

en % en peso:

C: de 0,05 a 0,40%,

Si: de 0,2 a 3,0%, y

Mn: de 0,1 a 2,5%, y

que incluye además al menos uno o dos o más seleccionados de

P: de 0,001 a 0,05%,

S: de 0,001 a 0,05%,

Al: de 0,01% a 2%,

B: de 0,0005% a menos de 0,01%,

Ti: de 0,01% a menos de 0,1%,

V: de 0,01% a menos de 0,3%,

Cr: de 0,01% a menos de 1%,

Nb: de 0,01% a menos de 0,1%,

Ni: de 0,01% a menos de 2,0%,

Cu: de 0,01% a menos de 2,0%,

Co: de 0,01% a menos de 2,0%, y

Mo: de 0,01% a menos de 2,0%,

con el equilibrio que consiste en Fe e impurezas inevitables, que tiene en su superficie una capa de recubrimiento de aleación de Zn que contiene Fe en una concentración de 7 a 15% en peso, Al en una concentración de 0,01 a 1% en peso, y el equilibrio de Zn e impurezas inevitables, dicha capa de recubrimiento contiene partículas de óxido de al menos un tipo de óxido seleccionado de óxido de Al, óxido de Si, óxido de Mn, óxido complejo de Al y Si, óxido complejo de Al y Mn, óxido complejo de Si y Mn, y óxido complejo de Al, Si, y Mn solos o en combinación, en una densidad de 1x108 partículas/cm2 a 1x1011 partículas/cm2, y un diámetro promedio del tamaño de partícula de dicho óxido es de 0,01 - 1 µm

Chapa de acero recubierto en caliente con cinc aleado y método para su producción.

La presente invención se refiere a una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado, de resistencia elevada, apta para ser utilizada como parte de un automóvil, de materiales para la construcción o de electrodomésticos y a un procedimiento para producir la misma.

En la industria automovilística, ha aparecido la demanda de chapa de acero dotada de las propiedades tanto de poder ser moldeada como de elevada resistencia para conseguir tanto pesos más ligeros de los chasis para tratar problemas medioambientales, como seguridad en las colisiones.

Para atender estas necesidades, el documento JP-A-5-59429 describe chapa de acero que tienen como estructura de la chapa de acero una mezcla del las tres fases, la fase de ferrita, la fase de bainita, y la fase de austenita, y que transforma la austenita residual en martensita en el momento de moldeo para utilizar la plasticidad inducida por la transformación que presenta una elevada ductilidad.

Este tipo de chapa de acero forma, por ejemplo, una estructura compleja por la adición, en % en peso, de C: de 0,05 a 0,4%, Si: de 0,2 a 3,0%, y Mn: de 0,1 a 2,5% en el acero y controlando el patrón de temperatura en el procedimiento de recocido en la zona de dos fases, enfriando después y se caracteriza porque las propiedades deseadas se pueden resaltar sin el uso de elementos caros para la aleación.

Cuando se recubre con cinc esta chapa de acero mediante un sistema de recubrimiento en caliente con cinc, normalmente la superficie de la chapa de acero se desengrasa, se limpia la superficie, después, con el propósito de formar la estructura mencionada anteriormente, la chapa se calienta en un horno no oxidante para formar una capa de óxido de hierro de un espesor de 50 nm a 1 µm más o menos en la superficie de la chapa de acero, se recuece la chapa en un horno reductor para reducir la capa de óxido de hierro, después se sumerge la chapa en un baño de recubrimiento de cinc fundido para recubrirla con el cinc, la chapa de acero se sumerge en un baño de recubrimiento en esa etapa, después se mantiene a una temperatura de 400 a 600ºC más o menos para alear el cinc y el hierro y convertir la capa de recubrimiento en una fase de aleación de Fe y Zn que constituye la fase d1.

La chapa de acero contiene, sin embargo, grandes cantidades de elementos fácilmente oxidables, tales como Si y Mn, comparada con la chapa de acero laminada en frío estampada en profundidad corriente etc., así que existe el problema de que se forman fácilmente óxidos de Si, óxidos de Mn u óxidos complejos de Si y Mn en la superficie de la chapa de acero en el tratamiento con calor realizado en la serie de etapas anteriores. Sin embargo, en los sistemas a escala industrial, es difícil reducir el oxígeno potencial de la atmósfera en la etapa de calentamiento hasta un nivel en el que el Si o el Mn no se oxiden, así que la formación de óxidos de Si y Mn en la superficie de la chapa de acero es básicamente inevitable. Además, si la superficie de la chapa de acero se forma con una capa de óxido de Si o una capa de óxido de Mn, existe el problema de que se inhiba la aleación de Zn y Fe en la etapa de aleación en el momento de la producción de la chapa recubierta en caliente con cinc aleado y permanezcan partes en las que la fase de aleación de Fe-Zn no se ha formado aún.

Un método fácilmente concebible como un medio de resolver estos problemas es fijar la temperatura de tratamiento con la aleación ligeramente elevada para estimular la aleación de Fe y Zn. Sin embargo, a una temperatura de tratamiento con la aleación de 450 a 600ºC, se da en la chapa de acero la trasformación austenítica, de forma que si se fija la temperatura del tratamiento con la aleación ligeramente elevada, dependiendo del tiempo que se mantenga, la estructura de la chapa de acero no se convertirá en la estructura mixta deseada de una mezcla de las tres fases, la fase de ferrita, la fase de bainita, y la fase de austenita. Como resultado, existe el problema de que la capacidad de ser moldeada y la resistencia pretendidas para la chapa de acero no se puedan asegurar en algunos casos.

Para tratar este problema, el documento JP-A-55-122865 describe el método de formar una capa de óxido de hierro de 40 a 1.000 nm en la superficie de una chapa de acero en una etapa de tratamiento con calor mediante un horno no oxidante en una etapa de recubrimiento continuo en caliente con cinc para evitar la difusión hacia afuera del Si o el Mn en la etapa de reducción, suprimir la formación de la capa de óxido de Si, y mejorar las propiedades de recubrimiento. Con este método, sin embargo, si el tiempo de reducción es demasiado largo para el grosor de la capa de óxido de hierro, el Si se volverá denso en la superficie de la chapa de acero y se formará una capa de óxido de Si, mientras que si el tiempo de reducción es demasiado corto, el óxido de hierro se mantendrá en la superficie de la chapa de acero y perjudicará las propiedades del recubrimiento, es decir, la formación de partes en las que no existe fase de aleación de Fe-Zn. Además, en sistemas recientes de recubrimiento continuo en caliente con cinc, los sistemas de recocido que usan hornos de calentamiento del tipo radiante en vez de hornos no oxidantes se están convirtiendo en los dominantes. En tales sistemas, existía el problema de que el método anterior no se podía usar.

Además, el documento JP-A-2000-309824 describe como un método para evitar la oxidación selectiva del Si o el Mn en el momento del recocido, el método de laminar en caliente de la chapa de acero, tratarla después con calor en el estado con la escala de piel negra aún unida en una atmósfera en la que la reducción básicamente no ocurrirá y en un intervalo de temperatura de 650 a 950ºC para formar una capa interna suficiente de óxido en la base de la superficie de la capa de hierro. Con este método, sin embargo, además de la etapa de recubrimiento continuo en caliente con cinc convencional, se hacen necesarias una etapa de tratamiento con calor para formar la capa interna de óxido y una etapa de tratamiento de decapado, así que existía el problema de que se provocara una elevación de los costes de producción.

Además, la chapa de acero recubierta que tiene la capa interna de óxido tenía el problema de un pelado fácil de la capa de recubrimiento.

El documento JP-A-2000-290730 describe un método para producir una chapa de acero galvanizada en caliente por inmersión, de elevada resistencia, con un equilibrio excelente de resistencia y ductilidad, método que contiene las etapas de (a) formar el óxido interior después de la CAL (por sus siglas en inglés, línea de recocido en continuo), (b) eliminar concentrados superficiales que contienen Si y Mn en una cantidad de 0,05 - 5 g/m² en la etapa de decapado, y (c) recocer de nuevo en la línea de galvanizado en caliente por inmersión.

El documento US-A-2002-0160221 describe una chapa de acero galvanizada en caliente por inmersión de elevada resistencia, con una adhesión excelente con una capa de cinc galvanizado en caliente por inmersión, en la que los óxidos contienen Si y/o Mn dispersados de forma discontinua en las cercanías de la interfaz entre la chapa de acero base y la capa de recubrimiento de hierro.

El documento EP-A-1149928 describe una chapa de acero galvanizada en caliente por inmersión con un equilibrio excelente de resistencia y ductilidad y de adhesión entre el acero y la capa de recubrimiento, en la que el contenido de C correcto en la porción de la capa superficial del acero base bajo una capa de recubrimiento no es mayor de 0,02% en masa, la estructura de acero base contiene no menos de 50% de fase martensita, que incluye tanto la fase de martensita templada como la fase de martensita de tamaño fino, y la partes restante está formada por fase de ferrita y fase residual de austenita, en la que la cantidad de O contenido en la superficie de la chapa de acero es 1 - 200 ppm en masa convertido en la cantidad de oxígeno.

El documento US-A-2001/31377 describe una chapa de acero galvanizada en caliente por inmersión, en la que una chapa de acero base contiene Si: 0,2 - 3%, Mn: 0,2 - 3% y se forma una capa de galvanizado de cinc en caliente por inmersión en las cercanías de la interfaz en una zona no menor de 50 µm en la sección transversal perpendicular a la interfaz entre la chapa de acero base y la capa de galvanizado de cinc en caliente por inmersión.

En vista de los problemas anteriores, la presente invención tiene como su objeto...

1. Una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado, caracterizada por comprender una chapa de acero que incluye, en % en peso:

C: de 0,05 a 0,40%,

Si: de 0,2 a 3,0%, y

Mn: de 0,1 a 2,5%, y

que incluye además al menos uno o dos o más seleccionados de

P: de 0,001 a 0,05%,

S: de 0,001 a 0,05%,

Al: de 0,01% a 2%,

B: de 0,0005% a menos de 0,01%,

Ti: de 0,01% a menos de 0,1%,

V: de 0,01% a menos de 0,3%,

Cr: de 0,01% a menos de 1%,

Nb: de 0,01% a menos de 0,1%,

Ni: de 0,01% a menos de 2,0%,

Cu: de 0,01% a menos de 2,0%,

Co: de 0,01% a menos de 2,0%, y

Mo: de 0,01% a menos de 2,0%,

con el equilibrio que consiste en Fe e impurezas inevitables, que tiene en su superficie una capa de recubrimiento de aleación de Zn que contiene Fe en una concentración de 7 a 15% en peso, Al en una concentración de 0,01 a 1% en peso, y el equilibrio de Zn e impurezas inevitables, dicha capa de recubrimiento contiene partículas de óxido de al menos un tipo de óxido seleccionado de óxido de Al, óxido de Si, óxido de Mn, óxido complejo de Al y Si, óxido complejo de Al y Mn, óxido complejo de Si y Mn, y óxido complejo de Al, Si, y Mn solos o en combinación, en una densidad de 1x10⁸ partículas/cm² a 1x10¹¹ partículas/cm², y un diámetro promedio del tamaño de partícula de dicho óxido es de 0,01 - 1 µm.

2. Una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado como se definió en la reivindicación 1, caracterizada porque dichas partículas de óxido comprenden al menos uno de óxido de silicio, óxido de manganeso, óxido de aluminio, silicato de aluminio, silicato de manganeso, óxido de manganeso y aluminio, y silicato de manganeso y aluminio.

3. Una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado como se definió en la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la estructura de dicha chapa de acero tiene una estructura compleja de fase de ferrita, fase de bainita, y fase residual de austenita.

4. Un procedimiento de producción de una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado que comprende los ingredientes descritos en la reivindicación 1, mediante un sistema de recubrimiento continuo en caliente con cinc, caracterizado dicho procedimiento de producción de una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado por calentar a una temperatura T en una etapa de recristalización por recocido en un horno reductor de dicho sistema de 650ºC a 900ºC, pasar la chapa de acero a través de una atmósfera en la que una relación PH₂O/PH₂ de la presión parcial de vapor PH₂O y la presión parcial de hidrógeno PH₂ de la atmósfera de dicho horno reductor es de 1,4x10^-10T²-1,0x10^-7T+5,0x10^-4 a 6,4x10^-7T²+1,7x10^-4T-0,1, formar óxido interno en una zona desde la superficie de la chapa de acero hasta una profundidad de 1,0 µm, realizar después sucesivamente el tratamiento de recubrimiento en caliente con cinc y el tratamiento de aleación en el que el óxido interno migra a la capa de recubrimiento, en la que dichas partículas de óxido se comprenden de al menos uno de óxido de silicio, óxido de manganeso, óxido de aluminio, silicato de aluminio, silicato de manganeso, óxido de manganeso y aluminio, y silicato de manganeso y aluminio, y un diámetro promedio del tamaño de partícula de dicho óxido es de 0,01 a 1 µm.

5. Un procedimiento de producción de una chapa de acero recubierta en caliente con cinc aleado como se definió en la reivindicación 4, caracterizada porque la estructura de dicha chapa de acero tiene una estructura compleja de una fase de ferrita, fase de bainita, y fase residual de austenita.