Definición de los productos - ArcelorMittal

Automotive Worldwide
Definición de los productos
Extracto del catálogo de productos -edición para Europa
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Para cualquier otra información complementaria, pueden escribirnos a la dirección: automotive.request@arcelormittal.com

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Definición de los productos
Grandes familias metalúrgicas y su caracterización
La gama de aceros ArcelorMittal para el sector del automóvil incluye todas las familias metalúrgicas principales:
Aceros para estampación: calmados al aluminio o IF (Interstitial Free);
Aceros de alta resistencia: aceros de alto límite elástico, aceros refosforados, IFHR (IF Alta Resistencia), isótropos o Bake Hardening;
Aceros multifase de muy alta resistencia: Dual Phase, TRIP (plasticidad inducida por transformación), de ferrita-bainita o Complex
Phase.
Las propiedades mecánicas de estos aceros son el resultado de combinar varios parámetros definidos a lo largo de todo el proceso de
fabricación del acero, dos de ellos particularmente importantes:
La composición química;
El proceso termomecánico.
Obtención de las características mecánicas
Para obtener las características mecánicas deseadas, el productor de acero debe llegar a compromisos de resistencia/ductilidad diferentes
según el uso previsto en el automóvil.
Dispone de varios mecanismos de endurecimiento que empleará solos o combinados:
Para activar y regular estos mecanismos, el productor de acero controla:
a) La composición química
Mecanismos de endurecimiento del acero
La composición de la aleación confiere al acero su nivel de resistencia mecánica. El arrabio, primera etapa en la fabricación del acero, es el
mismo para todos los productos.
Es en la etapa siguiente, en la acería, cuando se añaden o eliminan los elementos de aleación, proceso que define las grandes familias del
acero, de las más resistentes a las más conformables. La proporción de carbono es fundamental en esta gradación, porque es el principal
elemento endurecedor del hierro. Otros elementos, como el manganeso, el silicio o el fósforo, también intervienen en el ajuste del nivel de
resistencia del acero. Además se pueden añadir otros elementos de aleación de manera más selectiva, como titanio, niobio o vanadio, que
confieren propiedades específicas de dureza. En tales casos se habla de aceros microaleados, ya que el efecto de estos elementos se
manifiesta aunque se añadan en cantidades muy pequeñas en comparación con los restantes elementos de aleación.
En el caso de los aceros de fases múltiples (Dual Phase, Trip, Complex Phase, etc.), la obtención de las fases duras puede requerir
adiciones de cromo y de molibdeno.
El nitrógeno y el carbono son elementos químicos de átomos pequeños en comparación con los del hierro. Se denominan elementos
intersticiales porque se sitúan con facilidad en el interior de la matriz cristalina del hierro (posiciones 2 ó 3 de la figura siguiente, en la que las
posiciones 4 y 5 están ocupadas por elementos de sustitución como Mn o Si y la posición 1 es un espacio vacío). Al colocarse en los
intersticios de la red cristalina, endurecen todo el cristal porque bloquean las posibilidades de deslizamiento de los planos atómicos entre sí.
Su cantidad en la aleación es determinante para definir las propiedades mecánicas que tendrá el acero. El contenido de carbono se ajusta
principalmente inyectando oxígeno en el arrabio líquido, aunque luego se puede completar con una operación en vacío.
La descarburación y la desnitruración, es decir, la precipitación de los átomos de carbono y de nitrógeno residuales en compuestos
demasiado grandes para que ocupen posiciones intersticiales, se puede hacer de dos maneras: mediante la adición de aluminio (se habla
entonces de aceros "calmados" con aluminio), que es el método elegido para los aceros normales y de alta resistencia, o bien mediante la
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La descarburación y la desnitruración, es decir, la precipitación de los átomos de carbono y de nitrógeno residuales en compuestos
demasiado grandes para que ocupen posiciones intersticiales, se puede hacer de dos maneras: mediante la adición de aluminio (se habla
entonces de aceros "calmados" con aluminio), que es el método elegido para los aceros normales y de alta resistencia, o bien mediante la
adición de titanio (en cuyo caso se habla de aceros "calmados" con titanio). Este segundo método es el más eficaz para reducir al mínimo el
nitrógeno y el carbono intersticiales y da lugar a los aceros dulces de tipo "Interstitial Free" (IF sin elementos intersticiales).
b) El proceso termomecánico
Posiciones que pueden ocupar los elementos de aleación en
la matriz cristalina del hierro
El acero tiene una estructura granular que influye en el comportamiento mecánico de los aceros a dos niveles:
A escala microscópica, debido a las irregularidades de alineación (dislocaciones) y a los elementos de aleación de inserción o de
sustitución que tiene cada grano, que es a su vez un monocristal de hierro.
A escala más macroscópica, debido a la forma de los granos (alargados o equiaxiales) y a su tamaño.
Dada una composición química concreta, estas características del acero guardan relación con los ciclos termomecánicos que atraviesa el
metal a lo largo del proceso de fabricación:
Solidificación en forma de planchón (slab)
Laminado en caliente
Laminado en frío
Recocido
Skin-pass
Las temperaturas de laminado, las velocidades de enfriamiento, las temperaturas de bobinado, los porcentajes de reducción del espesor en
el tren de laminación en frío, los ciclos de recocido y los índices de skin-pass son otros tantos parámetros que permiten ajustar la estructura
del acero y, por consiguiente, las propiedades finales del producto.
Estructura granular del acero
Caracterización mediante el ensayo de tracción
El acero se caracteriza ante todo por sus propiedades mecánicas, ya se comercialice como laminado en frío (espesores inferiores a 3,0 mm)
o como laminado en caliente (actualmente, espesores en general superiores a 1,8 mm). Estas propiedades reflejan la capacidad del acero
para la transformación y la conformación por estampación, plegado, hidroconformación, etc.
El ensayo de tracción es el método más empleado para establecer las propiedades mecánicas de los materiales.
Tiene dos ventajas:
Es fácil y rápido de aplicar y está normalizado.
La curva de tracción resultante proporciona datos precisos y numerosos.
El principio del ensayo consiste en someter a un esfuerzo de tracción creciente una probeta de la clase de acero que se desea caracterizar.
La deformación se aplica en una sola dirección de la probeta, longitudinal o transversal. Se registran simultáneamente la carga necesaria
para deformar la probeta hasta el punto de rotura y la deformación 3
de la propia probeta, lo que permite trazar la curva de esfuerzo (carga

El principio del ensayo consiste en someter a un esfuerzo de tracción creciente una probeta de la clase de acero que se desea caracterizar.
La deformación se aplica en una sola dirección de la probeta, longitudinal o transversal. Se registran simultáneamente la carga necesaria
para deformar la probeta hasta el punto de rotura y la deformación de la propia probeta, lo que permite trazar la curva de esfuerzo (carga
dividida por sección inicial de la probeta) en función de la deformación (expresada como porcentaje del alargamiento respecto de la medida
inicial de la probeta L 0 ).
Es la curva de tracción cuyo aspecto se aprecia en la figura contigua. Este ensayo uniaxial se describe de forma precisa en la norma EN
10002-1, por ejemplo. Conviene señalar la importancia que reviste la preparación de las probetas (mecanizado), sobre todo en el caso de
los aceros de alta resistencia.
Forma de la probeta de tracción
Esquema de funcionamiento de la máquina de tracción
Aspecto de la curva de tracción
Observación
Dimensiones de las probetas:
1. Las dimensiones de las probetas de tracción dependen del espesor del producto sometido a ensayo:
a) esp. ≤ 3 mm: 20 mm de ancho y 80 mm de largo.
b) esp. > 3 mm: 30 mm de ancho y 5,65√S 0 de largo, siendo S 0 = ancho x espesor. Dimensiones normalizadas en Europa (normas EN).
2. Las dimensiones de las probetas también varían en función del país:
a) Japón (norma JIS): 25 mm de ancho y 50 mm de largo.
b) EE. UU. (norma ASTM): 12,5 mm de ancho y 50 mm de largo.
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) EE. UU. (norma ASTM): 12,5 mm de ancho y 50 mm de largo.
Las variaciones en el tamaño de las probetas impiden comparar los valores de las características mecánicas. No obstante, se pueden
convertir de una norma a otra sobre la base de correlaciones ampliamente verificadas.
Correlaciones JIS EN ISO para los valores de
alargamiento
Con carácter informativo, válida para los aceros dulces; si es necesario consulte a nuestro servicio de asistencia técnica.
Dirección de tracción
Todos los parámetros que se deducen del ensayo de tracción describen las propiedades del acero en una dirección determinada: la del
ensayo de tracción. Los valores dependen, pues, de la dirección de extracción de la muestra para la probeta respecto de la dirección de
laminado de la chapa fina.
Por tanto, la dirección de extracción respecto del sentido de laminado, de la que dependen las características mecánicas medidas, debe
indicarse siempre:
Sentido longitudinal SL (indicado por el índice 0°).
Sentido transversal ST (indicado por el índice 90°).
Sentido "oblicuo" (indicado por el índice 45°).
Principales características mecánicas
El ensayo de tracción permite medir las magnitudes siguientes, características del material:
a) Límite elástico: Re
Punto A de la curva de tracción. Es la carga que delimita el rango elástico en el cual las deformaciones son reversibles, respecto del rango
plástico en el que comienzan las deformaciones irreversibles.
Se pueden dar dos casos:
La transición entre los rangos elástico y plástico provoca la aparición de un pico seguido de una meseta, es decir, un desplazamiento
brusco del límite elástico. Se distingue el límite elástico superior ReH, que corresponde al pico mencionado, y el límite elástico inferior
ReL, que corresponde a la meseta. La longitud de la meseta viene definida por la magnitud Ap.
La transición es progresiva. En este caso, el límite elástico se define de la manera convencional, es decir, se mide para un valor de
elongación del 0,2% y se denomina Rp 0,2. Sea cual sea el caso, a lo largo del documento se utilizará la designación Re.
b) Resistencia a la tracción (o bien resistencia a la rotura o resistencia mecánica): Rm
Punto B de la curva de tracción. Es la carga máxima alcanzada durante el ensayo de tracción.
Definición del límite elástico y de la meseta
A partir de este punto, la deformación comienza a manifestarse en forma de estricción o cuello, lo que explica la disminución del esfuerzo
necesario para la deformación una vez superado el punto B.
c) Alargamiento de rotura: A %
Es el valor remanente de alargamiento después de la rotura de la probeta, en el punto C de la curva de tracción.
d) Coeficiente de acritud: n
En el ensayo de tracción se miden los esfuerzos en relación con la sección inicial de la probeta. Si se calculan los esfuerzos en relación con
la sección instantánea de la probeta utilizando las leyes de conservación de la materia, se obtienen las tensiones reales σ las
deformaciones reales ε. La curva resultante de trazar σ = f(ε) se denomina curva racional de tracción. Esta curva se puede expresar según
la ley de Hollomon: σ = k. ε n
, donde n es el coeficiente de acritud. Este coeficiente caracteriza la propensión del acero a endurecerse
durante la deformación dentro del rango plástico (cuanto mayor es n, más deprisa se endurece el acero), a soportar una deformación
expansiva y a distribuir las deformaciones.
e) Coeficiente de anisotropía: r
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e) Coeficiente de anisotropía: r
Este coeficiente mide la tendencia del acero a resistir el adelgazamiento durante el ensayo de tracción. Expresa la relación entre la
deformación en anchura y la deformación en espesor de la probeta. Por tanto, refleja la capacidad del acero para la estampación profunda
mediante la absorción de la deformación por adelgazamiento.
Los valores usuales de r, cercanos a 1 en las chapas en caliente, pueden alcanzar valores cercanos a 3 en el caso de las chapas más
favorables a la estampación.
f) Bake Hardening
Es la capacidad de endurecimiento de los aceros durante la cocción de la pintura. Esta capacidad se aprovecha para provocar un aumento
del límite elástico en la pieza acabada.
Así, estos aceros permiten combinar una buena capacidad de estampación y, tras la cocción de la pintura, una buena resistencia a la
indentación (valor de Re más alto que en metal plano) y una buena resistencia a la deformación plástica de la pieza.
El endurecimiento se determina midiendo el aumento de Re en un tratamiento térmico a 170°C durante 20 minutos que simula las
condiciones de cocción de la pintura después de una predeformación por tracción uniaxial del 2% (uso más representativo). Este parámetro
se denomina BH 2 .
g) Work Hardening
Es el aumento del límite elástico respecto del nivel de referencia después de una deformación plástica. Está relacionado directamente con el
coeficiente de acritud del acero.
Familias de aceros planos de bajo carbono
Superficies
Los aceros planos de bajo carbono se pueden agrupar en familias según sus características mecánicas, el compromiso entre resistencia y
ductilidad y los principios metalúrgicos empleados (composición química y procesos termomecánicos). Dentro de cada familia metalúrgica,
las calidades se definen mediante clasificaciones por rangos de Re o de Rm.
Familias metalúrgicas
Gama de aceros de ArcelorMittal para el sector del
automóvil
Los aceros Usibor ®
para conformación en caliente no están representados en estas gráficas. Ofrecen resistencias mecánicas del orden de
1500 MPa una vez templados.
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Superficies
La protección anticorrosión de las carrocerías se ha convertido para la industria del automóvil en un argumento importante expresado en
forma de garantía anticorrosión.
Se han desarrollado varias soluciones de protección.
Se han desarrollado varias soluciones de protección. Las más habituales se pueden clasificar en 3 grupos:
Revestimientos metálicos depositados en caliente por inmersión en un baño de metal líquido (a temperaturas de hasta 700°C);
Revestimientos metálicos aplicados por galvanotecnia (a una temperatura ligeramente superior a la ambiente);
Revestimientos orgánicos de capa fina (0,5 a 6 µm) aplicados sobre sustrato previamente protegido con un revestimiento metálico
depositado por galvanotecnia o en caliente y sometido a un tratamiento previo para aumentar la resistencia a la corrosión y la
adherencia del revestimiento orgánico.
Combinando el procedimiento de deposición, la composición química, el espesor (o el gramaje, según la unidad que se utilice), el número de
caras (monofacial o bifacial) y la capacidad para responder a las exigencias de aspecto superficial, se crean distintas familias.
El espesor de los revestimientos se mide de forma continua en las líneas de revestimiento mediante galgas de rayos X que barren la banda
en toda su anchura mientras se desplaza. Además se pueden realizar otras mediciones que proporcionan valores puntuales:
Con un medidor de espesores Permascope, midiendo la diferencia de espesor entre el producto revestido y el producto sin revestir.
Por medición química, determinando en una muestra la diferencia de peso antes y después de aplicar el revestimiento (es la medida
más precisa).
Con un microscopio óptico, que permite obtener valores muy locales de espesor del revestimiento.
El estado superficial de los aceros influye considerablemente en sus propiedades de uso, sobre todo durante los procesos de conformación
y pintado.
La calidad de la superficie se caracteriza principalmente por:
La topografía de la superficie.
La lubricación.
Los tratamientos superficiales.
Topografía de la superficie
La topografía de la superficie describe la microgeometría de la superficie de la hoja de acero. Se trata básicamente de una magnitud
bidimensional, pero normalmente se caracteriza por una serie de perfiles (secciones transversales). El perfil se mide con ayuda de un
instrumento de medición de la rugosidad, por lo general mecánico, que registra el perfil mediante los movimientos verticales de un estilete
que se desplaza sobre la superficie. La señal se puede descomponer en distintas señales sinusoidales caracterizadas por sus longitudes de
onda y sus amplitudes. Las longitudes de onda más cortas corresponden a la rugosidad, y las más largas a la ondulación.
Descomposición de un perfil superficial: el perfil es la
superposición de la rugosidad, de la ondulación y, en su
caso, del defecto de planitud
Rugosidad
Se miden principalmente dos factores:
La rugosidad Ra, también denominada profundidad media del perfil de rugosidad. Normalmente está comprendida entre 0,5 y 3 µm.
El número de picos y de RPc, es decir, el número de picos que sobrepasan consecutivamente las líneas definidas por el perfil medio
respecto de un umbral de corte (por lo general de 0,5 y + 0,5 micras), expresados en número por unidad de longitud (n.cm -1
).
A lubricación constante, el aumento de la rugosidad puede ser una solución para evitar el agarrotamiento durante la estampación, sobre
todo en los productos sin revestir.
No obstante, cualquier aumento de la rugosidad debe evaluarse en todo el proceso, y en particular con referencia al aspecto superficial
después del pintado.
Observación:
Para que la evaluación sea precisa, los cálculos de los parámetros de rugosidad se basan en una longitud específica (cinco veces la
longitud de corte (cut-off) como mínimo). Aunque depende del instrumento de medición, la longitud total suele ser de 12,5 mm. El corte es el
umbral de filtrado de las longitudes de onda largas, y se necesita para obtener mediciones representativas de la microgeometría local.
Ondulación
El palpado del perfil también permite medir la ondulación, que es un valor medio de las amplitudes que se encuentran dentro de los límites
de longitud de onda fijados.
La ondulación es un factor decisivo para el aspecto superficial después del pintado (por supuesto, junto con los parámetros del propio
proceso de pintado). Se mide, por ejemplo, con el parámetro Wa0,8.
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La ondulación es un factor decisivo para el aspecto superficial después del pintado (por supuesto, junto con los parámetros del propio
proceso de pintado). Se mide, por ejemplo, con el parámetro Wa0,8.
Si desea más información, no dude en consultar a nuestro servicio de asistencia técnica.
Control de la textura superficial:
La topografía de la superficie tiene su origen en la impresión de la rugosidad de los cilindros de trabajo en la banda. La transferencia de la
rugosidad se produce en la última caja del laminado en frío y durante la operación de skin pass posterior al recocido o al galvanizado en
caliente. Por lo general, la operación de skin pass es la más relevante en la transferencia de la rugosidad. ArcelorMittal ha sido capaz de
desarrollar en este ámbito un saber hacer especial para alcanzar los mejores compromisos posibles entre la estampación y el aspecto
después del pintado. Se utilizan principalmente dos procedimientos de texturado:
EDT (Electro Discharge Texturing), que produce una textura de superficie estocástica.
EBT (Electron Beam Texturing), que produce un desplazamiento totalmente determinista del impacto del haz de electrones, espaciados
de forma uniforme en las direcciones axiales y cincunferenciales de los cilindros.
Ejemplos de perfiles de rugosidad (palpados paralelos para
obtener una imagen en 3 dimensiones)
Ejemplo de aspecto superficial después del paso por el skinpass
con textura EDT
Lubricación
Cumple 2 funciones:
Garantizar la protección de las superficies contra la oxidación durante el almacenamiento y la manipulación, tanto si están revestidas
(oxidación blanca) como si no (oxidación roja).
Incidir en las condiciones de fricción y reducir la tendencia al agarrotamiento durante la estampación.
La lubricación se garantiza mediante el depósito de aceites en una cantidad determinada (cantidad de aceite comprendida entre 0,5 y 2,5
g/m 2
por cara).
Los proveedores de lubricantes ofrecen productos variados, entre los cuales ArcelorMittal ha seleccionado una gama que se corresponde
con las diversas expectativas de sus clientes; en concreto, algunos aceites denominados "Prelub" permiten mejorar espectacularmente el
comportamiento tribológico de un acero dado, a textura constante.
ArcelorMittal también ofrece una gama de películas secas (drylubs) adecuadas para la mayoría de los revestimientos y para los aceros sin
revestir. Estos lubricantes confieren al acero un comportamiento excelente en términos de fricción que casi siempre hace innecesario volver
a aplicar lubricante, incluso en las situaciones más delicadas. Además, al ser secos tienen la ventaja añadida de contribuir a mantener
limpios los talleres. Para preparar una lubricación adecuada para una aplicación, es conveniente realizar pruebas que permitan validar a
escala real no sólo la conformación, sino también las posibles repercusiones en otros procesos posteriores (especialmente utilización de
adhesivos, desengrasado y tratamientos superficiales).
Tratamientos superficiales
ArcelorMittal dispone de una amplia oferta de postratamientos químicos destinados a mejorar el comportamiento de los aceros revestidos
durante la estampación:
Los tratamientos químicos específicos, como el S250, mejoran el comportamiento tribológico de los productos electrocincados.
La prefosfatación del producto electrocincado mejora las propiedades tribológicas, controla la presencia de partículas durante la
estampación, aumenta la protección anticorrosión y facilita la adherencia de la pintura.
El tratamiento NIT proporciona los mismos niveles de comportamiento tribológico que la prefosfatación. Disponible para productos
electrocincados y galvanizados con zinc puro, es especialmente útil en las estampaciones difíciles, para garantizar una fricción uniforme
cuando se ha aplicado una lubricación ligera y para controlar la presencia de partículas durante la estampación.
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para productos
electrocincados y galvanizados con zinc puro, es especialmente útil en las estampaciones difíciles, para garantizar una fricción uniforme
cuando se ha aplicado una lubricación ligera y para controlar la presencia de partículas durante la estampación.
El L-Treatment responde a necesidades similares, pero en productos Galvannealed.
El comportamiento en fricción del tratamiento NIT en
productos galvanizados es similar al del electrocincado
prefosfatado
Todos estos postratamientos contribuyen a hacer el proceso de estampación más robusto. Ofrecen soluciones que pueden reducir el
porcentaje de rechazos y de retoques.
Con todo, no se pueden considerar soluciones universales; su utilización se debe analizar caso por caso y discutir con nuestros equipos de
asistencia técnica.
Aspecto superficial después del pintado
Gracias a la mejora permanente de los aceros y las técnicas de pintura, ahora se pueden conseguir acabados en pintura de muy buena
calidad. Pese a ello, ninguna película de pintura es totalmente lisa ni refleja totalmente la luz como lo haría un espejo perfecto. Estas
desviaciones respecto de la situación ideal se pueden expresar en términos de nitidez y de tensión. La nitidez es la capacidad de la chapa
pintada de reflejar una imagen de manera nítida. Se mide, por ejemplo, con el factor DOI (Distinctness of Image). La tensión es la capacidad
de la chapa de evitar las distorsiones del objeto reflejado, comúnmente conocidas como efecto de piel de naranja.
Evaluación del aspecto pintado: mediciones típicas
La calidad del aspecto pintado de una chapa para piezas de carrocería está relacionada en primer lugar con el control del proceso de
pintado: espesor de las distintas capas, condiciones de aplicación y condiciones de cocción. Una vez que se ha optimizado el proceso de
pintado, la búsqueda de mejores resultados pasa por un control excelente de los parámetros topográficos de la chapa. Aún más importante
que la rugosidad es en este caso la ondulación (expresada en términos de Wa0,8).
ArcelorMittal ha desarrollado un gran control de su proceso de fabricación de aceros revestidos para piezas de piel, lo cual le permite no sólo
dominar el parámetro de ondulación en el metal sin recubrir, sino también limitar la reproducción de la ondulación tras la estampación.
© ArcelorMittal | Actualización: 05-11-2012
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