PROCEDIMIENTO DE RECOCIDO Y DE PREPARACION EN CONTINUO DE UNA BANDA DE ACERO DE ALTA RESISTENCIA CON VISTAS A SU GALVANIZACION POR TEMPLADO.
Procedimiento de recocido y de preparación en continuo de una banda de acero de alta resistencia,
con vistas a su revestimiento por templado en caliente en un baño de metal líquido, según el cual se trata dicha banda de acero en por lo menos dos secciones, que comprenden sucesivamente, si se considera el sentido de progresión de la banda:
- una sección denominada de calentamiento y de mantenimiento, en la que se realiza un calentamiento de la banda seguido de un mantenimiento a una temperatura determinada de recocido bajo una atmósfera oxidante que comprende una mezcla de aire (u oxígeno)/gas no oxidante o inerte, con vistas a formar sobre la superficie de la banda, una película fina de óxido cuyo espesor, comprendido preferentemente entre 0,02 y 0,2 µm, es controlado, siendo realizado dicho calentamiento de la banda o bien por llama directa, o bien por radiación;
- una sección denominada de enfriamiento y de transferencia, en la que, antes de su transferencia al baño de revestimiento, la banda recocida por lo menos es enfriada y sometida a una reducción completa en hierro metálico del óxido de hierro presente en la capa de óxido formada en la sección de calentamiento y de mantenimiento, bajo una atmósfera reductora que comprende una mezcla con un bajo contenido en hidrógeno y gas inerte, estando separadas dichas dos secciones entre sí por una esclusa convencional; caracterizado porque se separa por lo menos parcialmente la atmósfera oxidante de la atmósfera reductora, porque se mantiene un contenido en oxígeno controlado en la sección de calentamiento y de mantenimiento entre 50 y 1.000 ppm y porque se mantiene un contenido en hidrógeno controlado en la sección de enfriado y de transferencia a un valor inferior a 4% y preferentemente inferior a 0,5%
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W07000026BE.
Solicitante: CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES ASBL - CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE VZW.
Nacionalidad solicitante: Bélgica.
Dirección: AVENUE ARIANE 5,B-1200 BRUXELLES.
Inventor/es: BORDIGNON,MICHEL, VANDEN EYNDE,XAVIER.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 19 de Agosto de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C23C2/02 QUIMICA; METALURGIA. › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › C23C 2/00 Procesos de baño o inmersión en caliente para aplicar el material de revestimiento en estado fundido sin modificar la forma del objeto sumergido; Sus aparatos. › Pretratamiento del material a revestir, p. ej. para el revestimiento de partes determinadas de la superficie (C23C 2/30 tiene prioridad).
Clasificación PCT:
- C23C2/02 C23C 2/00 […] › Pretratamiento del material a revestir, p. ej. para el revestimiento de partes determinadas de la superficie (C23C 2/30 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Procedimiento de recocido y de preparación en continuo de una banda de acero de alta resistencia con vistas a su galvanización por templado.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento de recocido y de preparación en continuo de una banda de acero de alta resistencia con vistas a su revestimiento por templado en caliente en un baño de metal líquido, preferentemente una galvanización o un tratamiento denominado de "galvannealing".
El campo técnico considerado en la presente invención es el de la galvanización por desplazamiento en continuo, en un baño de revestimiento compuesto por zinc o por una aleación de zinc, de bandas de aceros fuertemente cargados con elementos de aleación, más particularmente aceros HSS (high strength steels). Estos aceros especiales con fama de difíciles de galvanizar son, por ejemplo, unos aceros que pueden contener unas proporciones en elementos de aleación (aluminio, manganeso, silicio, cromo, etc.) que alcanzan 2% o más, unos aceros inoxidables, "dual phase", TRIP, TWIP (hasta 25% Mn y 3% Al), etc. Por lo general estas bandas de acero están destinadas a un corte y conformado posterior por embutido, plegado, etc., con vistas a aplicaciones por ejemplo en el sector del automóvil o de la construcción.
Estado de la técnica
Teniendo en cuenta su reactividad superficial específica, es muy conocido que ciertos aceros no responden bien a la galvanización o al tratamiento de galvannealing. El poder de galvanización depende esencialmente de la buena eliminación de los residuos de aceite de laminado y de la prevención de una oxidación superficial excesiva antes de la inmersión en el baño de metal líquido. Así, se puede presentar una falta de mojabilidad del zinc líquido sobre unas variantes de aceros fuertemente cargadas en elementos de aleación durante el procedimiento de galvanización en continuo. Esta disminución de mojabilidad del zinc se explica por la presencia de una capa de óxidos selectivos en la capa externa de la superficie de la banda ("superficie extrema"). Estos óxidos selectivos son creados por la segregación de los elementos de aleación y su oxidación por el vapor de agua, en el momento en que se produce el recocido en continuo que precede a la inmersión en el baño de zinc. El vapor de agua es generado en este lugar por la reducción del óxido de hierro, siempre presente sobre la chapa laminada en frío, por el hidrógeno contenido en la atmósfera de los hornos de recocido.
Desde entonces, se ha intentado suprimir la oxidación selectiva en modo externo o hacerla migrar al interior del acero, a 1 ó 2 µm bajo la capa externa de la superficie, para permitir presentar al zinc líquido una capa de hierro metálico prácticamente puro, independientemente de la composición de aleación y que favorezca la adhesión del revestimiento de zinc o de aleación de zinc. Se puede obtener este resultado mediante diferentes procedimientos:
- - aumento del punto de rocío durante el mantenimiento a alta temperatura (por ejemplo JP-A-2005/068493), de manera que se bascula la oxidación selectiva de los elementos de aleación del modo externo al modo interno;
- - oxidación total del hierro durante la etapa de calentamiento, aumentando por ejemplo la relación aire/gas combustible en los quemadores del horno de llamas directas, y después reducción en hierro metálico durante el mantenimiento a alta temperatura por el hidrógeno (por ejemplo JP-A-2005/023348, JP-A-07 034210, etc.) o reducción por el carbono libre del acero que se difunde, en caso necesario, a través de la capa de óxido e intercambio del oxígeno a la superficie de ésta (véase por ejemplo BE-A-1 014 997);
- - depósito previo de hierro o de níquel (por ejemplo JP-A-04 280925, JP-A-2005/105399).
Estos procedimientos obligan, por lo general, a trabajar en una atmósfera reductora para el acero durante la fase de mantenimiento a alta temperatura, necesitando un punto bajo de rocío y un contenido elevado en hidrógeno (hasta el 75% del gas de la atmósfera) que es un gas costoso. Todos estos procedimientos permiten mejorar la "galvanizabilidad" de los aceros de alta resistencia con una eficacia significativa pero sin embargo insuficiente, sobre todo en el caso de ciertos aceros que tienen, por ejemplo, unos contenidos importantes en silicio (aproximadamente 1,5% en peso). Por otra parte, los procedimientos que necesitan un depósito previo presentan costes muy elevados.
Según un ejemplo de procedimiento ya conocido en el estado de la técnica, una instalación de recocido y de preparación de una banda de acero para su galvanización comprende típicamente, en el sentido de progresión de la banda:
- - una primera sección de (pre)calentamiento que asegura el calentamiento de la banda hasta una temperatura que permite la formación de una película de óxido de un espesor adecuado (aproximadamente 50 nanómetros) para su reducción posterior; esta sección se encuentra bajo una atmósfera convertida en oxidante mediante adición de aire o de oxígeno, por ejemplo en forma de una mezcla de aire/gas combustible en el caso de un horno de llama directa o de únicamente aire en el caso de un horno radiante;
- - una segunda sección de recocido, separada de la sección de calentamiento por una esclusa convencional, en la que la banda es mantenida a alta temperatura de recocido y que se encuentra bajo una atmósfera inerte en sobrepresión, para impedir la entrada de gases de la sección de calentamiento;
- - una tercera sección de reducción, también separada de la segunda sección por una esclusa convencional, bajo una atmósfera en ligera depresión con respecto a ésta pero en ligera sobrepresión con respecto al ambiente; esta sección está destinada a terminar el ciclo de recocido (fin del periodo de mantenimiento), a enfriar la banda y eventualmente a realizar un sobreenvejecimiento antes de transferirla al baño de metal líquido a través de una tobera de inmersión; en esta zona, la capa de óxido creada en la primera sección es reducida idealmente completamente por una atmósfera hidrógeno/gas inerte con un punto de rocío muy bajo.
Evidentemente, se conocen asimismo unos hornos de recocido más simples o más complejos, que comprenden típicamente entre una y cuatro secciones distintas, para realizar las funciones respectivas de precalentamiento, mantenimiento, enfriado, sobreenvejecimiento, etc.
Objetivos de la invención
La presente invención prevé proporcionar una solución que permita liberarse de los inconvenientes del estado de la técnica.
En particular la invención prevé proporcionar un procedimiento de recocido y de preparación con vistas a una galvanización de aceros de alta resistencia que sea más económico, realizándose esta última con o sin tratamiento térmico de acompañamiento de tipo galvannealing.
La invención tiene asimismo por objetivo permitir una preparación de aceros de alta resistencia para la galvanización, que estén exentos de defectos de fragilidad.
En particular, la invención tiene por objetivo proporcionar un procedimiento de recocido bajo una atmósfera confinada exenta de hidrógeno añadido.
Un objetivo complementario de la invención es impedir la oxidación selectiva de elementos de aleación en la capa más externa de la superficie de la banda, durante la etapa de oxidación total, durante el recocido continuo que precede al enfriado y a la inmersión en el baño de zinc.
Principales elementos característicos de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de recocido y de preparación en continuo de una banda de acero de alta resistencia, con vistas a su revestimiento por temple en caliente en un baño de metal líquido, según el cual, se trata dicha banda de acero en por lo menos dos secciones, que comprenden sucesivamente, si se considera el sentido de progresión de la banda:
- - una sección denominada de calentamiento y de mantenimiento, en la que se realiza el calentamiento de la banda seguido de un mantenimiento a una temperatura determinada de recocido bajo una atmósfera oxidante que comprende una mezcla de aire (u oxígeno)/gas no oxidante o inerte, con vistas a formar sobre la superficie de la banda una película fina de óxido cuyo espesor, que está comprendido preferentemente entre 0,02 y 0,2 µm, esté controlado, realizándose dicho...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de recocido y de preparación en continuo de una banda de acero de alta resistencia, con vistas a su revestimiento por templado en caliente en un baño de metal líquido, según el cual se trata dicha banda de acero en por lo menos dos secciones, que comprenden sucesivamente, si se considera el sentido de progresión de la banda:
- - una sección denominada de calentamiento y de mantenimiento, en la que se realiza un calentamiento de la banda seguido de un mantenimiento a una temperatura determinada de recocido bajo una atmósfera oxidante que comprende una mezcla de aire (u oxígeno)/gas no oxidante o inerte, con vistas a formar sobre la superficie de la banda, una película fina de óxido cuyo espesor, comprendido preferentemente entre 0,02 y 0,2 µm, es controlado, siendo realizado dicho calentamiento de la banda o bien por llama directa, o bien por radiación;
- - una sección denominada de enfriamiento y de transferencia, en la que, antes de su transferencia al baño de revestimiento, la banda recocida por lo menos es enfriada y sometida a una reducción completa en hierro metálico del óxido de hierro presente en la capa de óxido formada en la sección de calentamiento y de mantenimiento, bajo una atmósfera reductora que comprende una mezcla con un bajo contenido en hidrógeno y gas inerte, estando separadas dichas dos secciones entre sí por una esclusa convencional;
caracterizado porque se separa por lo menos parcialmente la atmósfera oxidante de la atmósfera reductora, porque se mantiene un contenido en oxígeno controlado en la sección de calentamiento y de mantenimiento entre 50 y 1.000 ppm y porque se mantiene un contenido en hidrógeno controlado en la sección de enfriado y de transferencia a un valor inferior a 4% y preferentemente inferior a 0,5%.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se mantiene el contenido en oxígeno controlado en la sección de calentamiento y de mantenimiento entre 50 y 400 ppm.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se realiza la separación de la atmósfera oxidante de la atmósfera reductora mediante una sobrepresión de la atmósfera oxidante, para que el oxígeno arrastrado por la banda a través de la esclusa reaccione completamente con el hidrógeno contenido en la atmósfera de enfriamiento formando vapor de agua.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se deja reaccionar el hidrógeno, presente en la sección de enfriamiento y transferencia que está en sobrepresión con respecto a la sección de calentamiento y de mantenimiento, arrastrado en el flujo gaseoso caliente dirigido corriente arriba, con el oxígeno procedente de la sección de calentamiento y de mantenimiento para formar vapor de agua.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el control del contenido en oxígeno de la capa de óxido formada en la sección de calentamiento y de mantenimiento se obtiene o bien por modificación de la mezcla gaseosa que contiene aire comburente que alimenta unos medios de calentamiento por llama directa, o bien por inyección controlada de la mezcla de aire (u oxígeno)/gas inerte, en el caso de un calentamiento por radiación o inducción.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas no oxidante o inerte es el nitrógeno o el argón.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el metal líquido es el zinc o una de sus aleaciones.
8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona de calentamiento y de mantenimiento está desprovista de atmósfera reductora.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de revestimiento por templado en caliente es una galvanización o un tratamiento de galvannealing.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la atmósfera en la sección de calentamiento y de mantenimiento y en la sección de enfriado y de transferencia a un punto de rocío inferior o igual a -10ºC, a preferentemente a -20ºC.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se calienta la banda a una temperatura comprendida entre 650ºC y 1.200ºC, incluida la temperatura de mantenimiento.
12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se enfría a continuación la banda hasta una temperatura superior a 450ºC, con una velocidad de enfriado comprendida entre 10 y 100ºC/s.
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