(57)【要約】  本発明は、二相鋼から部品を製造するための方法、および同じものを使用して製造された部品に関する。この場合、オーステナイト相は、粒子形態でフェライトマトリックスに埋め込まれている。二相鋼から製造された粉末タイプの出発原料は、局所的に定義された様式のレーザー光を用いて溶融され、続いて硬化され、この出発原料は、それぞれが好ましくはほぼ等しい割合のオーステナイト相およびフェライト相を、さらなる合金元素と共に含有する。粉末タイプの出発原料は、基材に対して層状に塗布され、塗布後に、レーザー光がそれぞれ個々の層に対して誘導されることで、部品が付加的に連続して構成される。このようにして構成された部品は、続いて、オーステナイト相の溶体化焼きなましを達成する熱処理にかけられ、熱処理は、８５０℃〜１１００℃の範囲のそれぞれの最高温度で実施され、部品は、事前定義可能な滞留時間が経過した後に冷却される。オーステナイト相の粒径および結晶粒度Ｇは、それぞれの最高温度および／または最高温度の滞留時間の定義された選択に影響され、ＡＳＴＭに基づいて少なくとも９の結晶粒度Ｇが観察される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相鋼から、オーステナイト相が粒子形態でフェライトマトリックスに埋め込まれていることを特徴とする部品を製造するための方法であって、二相鋼から製造され、好ましくはそれぞれがほぼ等しい割合のオーステナイト相およびフェライト相、ならびに更なる合金元素を含有する粉末タイプの出発原料が、局所的に定義された様式のレーザー光で溶融され、続いて硬化され、前記粉末タイプの出発原料は基材に対して層状に塗布され、塗布後に前記レーザー光がそれぞれ個々の層に対して誘導されることによって、前記部品が付加的に連続して構成されることを特徴としており、構成された前記部品が、続いて前記オーステナイト相の溶体化焼きなましを達成する熱処理にかけられ、前記熱処理が、８５０℃〜１１００℃の範囲の最高温度で実施され、前記部品が、予測可能な滞留時間が経過した後に冷却されることを特徴としており、前記オーステナイト相の粒径ならびに結晶粒度Ｇが、最高温度および／または最高温度の滞留時間の規定された選択に影響され、ＡＳＴＭに基づいて少なくとも９の結晶粒度Ｇが維持される、方法。
【請求項２】
より低い最高温度および／または最高温度におけるより短い滞留時間によって、より高い結晶粒度Ｇが達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１５ｍｉｎ〜１０ｈの範囲の滞留時間が維持されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
１０００℃〜１０７５℃±１０％の最高温度が前記熱処理において維持されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
１ｈ未満、好ましくは≦０．５ｈの滞留時間、および１０００℃〜１０７５℃の範囲の最高温度で、少なくとも１３、好ましくは少なくとも１４の結晶粒度Ｇが達成されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記粉末タイプの出発原料の溶融において、前記レーザー光の焦点が、少なくとも４０Ｊ／ｍｍ３〜最大１５０Ｊ／ｍｍ３のエネルギー密度、４００ｍ／ｍｉｎ〜１７５０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは５００ｍ／ｍｉｎ〜１５００ｍ／ｍｉｎの範囲の焦点の移動の送り速度、および１５μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２０μｍ〜３０μｍの範囲の前記出発原料で形成された個々の層の層厚みが維持されるような方法で、最上層に対して誘導されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
その割合が最大１０体積％程度互いからはずれているオーステナイト相およびフェライト相、ならびに全含有量が最大４５重量％のクロム、モリブデン、ニッケル、窒素、銅、炭素、タングステン、ケイ素、およびマンガンから選択される合金元素から構成される出発原料が使用されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記熱処理中に、空間分解された温度決定および対応する局所的に規定されたそれぞれの部品の加熱が実施されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも９、好ましくは少なくとも１３、特に好ましくは少なくとも１４である、フェライトマトリックス中に埋め込まれたオーステナイト相のＡＳＴＭに基づく結晶粒度Ｇが観察されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって製造される部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二相鋼から部品を製造するための方法および前記方法を用いて製造した部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーステナイトが粒子形態でフェライトマトリックスに埋め込まれている二相鋼の部品は、通常、鋳造または鍛造部品から製造されている。一般に、いわゆる溶体化焼きなましは、フェライトマトリックス中にオーステナイトの粒子を形成するために、８５０℃〜１１８０℃の温度範囲において鋳造または鍛造後に実施されている。したがって特性は、合金組成に加えて、構造に影響を受ける可能性がある。
【０００３】
多くの場合、微細粒構造は、改善された特性、特により高い強度と同時に高靭性を示すことが一般に知られている。しかしながら、極めて微細な構造は、既知の方法を用いて達成することはできない。
【０００４】
レーザー光が局所的に定義された様式で粉末タイプの材料に対して誘導される追加の製造方法も既知である。このタイプの方法は、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）、またはｌａｓｅｒｃｕｓｉｎｇとも呼ばれる。このプロセスでは、粉末タイプの出発原料が、重ね合わせた層として基材に適用され、次いで各層に対してレーザー光が照射され、ここで焦点が、定義済みの外形に沿ってかつ／または定義済みの位置に対して局所的に定義された様式で移動させられる。レーザー光の焦点によって影響を受けるそれぞれの層の領域では、粉末タイプの材料の局所的な溶融が起こり、粉末タイプの材料の粒子を一緒に融合させる。この溶融ステップ後に焦点をさらに移動させると、溶融物が凝固し、それぞれのエネルギー密度および照射時間に依存する多孔度を有する固体材料がこの領域で形成される。多孔度は、これらの領域ではゼロまで減少させることができる。ばらばらの(loose)出発粉末は、未照射の領域に残り、それぞれの部品の完成後に取り出して再使用することができる。
【０００５】
しかしながら、既知の可能性を用いても十分な微細粒構造を得ることはできない。一般に、結晶粒度Ｇは、種々の方法によって、例えばＥｕｒｏｎｏｒｍ  １０３−７１、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６４２、またはＡＳＴＭ  Ｅ１１２−１２に基づいて決定することができる。これらの規格は、試料の結晶粒構造と、粒径クラスが導出される標準化された顕微鏡写真との比較を必要とする。以下では、ＡＳＴＭ  Ｅ１１２−１２、例えばＥｕｒｏｎｏｒｍ  １０３−７１の付録にも引用されている国際規格に基づいて平均サイズの決定を実施する。
【０００６】
ＡＳＴＭ  Ｅ１１２−１２は、結晶粒度Ｇを、以下のように１００倍の倍率でカウントすることができる１平方インチ当たりの粒子の数ＮＡＥとして定義する。
ＮＡＥ＝ＳＧ−１
結晶粒度の決定を簡単にするために、Ｇ＝１〜Ｇ＝１０の値に対して比較画像が用意されている。
【０００７】
この方法によって製造した部品では、粒径分布はあまりに小さい範囲にあり、フェライト中に埋め込まれたオーステナイト粒子が大きすぎるため、強度および靭性が制限されることとなる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、増大された強度および靭性を達成する二相鋼から部品を製造するための可能性を提供することである。
【０００９】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。請求項９は、その方法によって製造した部品に関する。
【００１０】
本発明による方法では、好ましくはそれぞれがほぼ等しい割合のオーステナイト相およびフェライト相、ならびにさらなる合金元素を含有する二相鋼から製造された粉末タイプの出発原料が使用され、局所的に定義された様式のレーザー光で溶融される。
【００１１】
しかしながら、オーステナイト含有量の大部分または全部が製造中にフェライト相に溶解され、したがって個々のオーステナイト相として検出可能に含有されていない金属粉末を使用することもできる。出発金属粉末中に、オーステナイト相が少しもないか、またはオーステナイト相がほんの少量だけ検出可能に含有されていたとしても、以下でさらに論じられ、レーザー光で溶融した後に実際の完成した半製品に対して実施され得る熱処理を用いて、好ましくはばらばらの未溶融粉末を取り出した後に、次いでフェライトおよびオーステナイト相の形成を達成することができる。
【００１２】
レーザー光の焦点（レーザースポット）をさらに移動させると溶融材料が凝固する。ここでは、粉末タイプの出発原料は基材に対して層状に塗布され、塗布後に、レーザー光がそれぞれ個々の層に対して誘導されることで、部品が付加的に連続した層で構成される。
【００１３】
このような場合、部品材料の組成は、変わるとしても最小限しか変わらない。例えば、フェライト含有量は変わらず、レーザー回折による相図で実証することができる。しかしながら、走査型電子顕微鏡で実施した試験でオーステナイト粒子を検出することはできなかった。これは特に、レーザー光で形成された溶融物が凝固するのに必要とされる極めて短い時間によるものと考えられる。
【００１４】
このために、このように構成された部品は、続いて、オーステナイト相の溶体化焼きなましを達成する熱処理にかけられる。熱処理は、８５０℃〜１１００℃の範囲のそれぞれの最高温度で実施され、部品は、事前定義可能な滞留時間が経過した後に冷却される。冷却は、短期間に急激な方法で実施すべきであり、冷水に浸漬することによって達成することができる。
【００１５】
部品材料の完成構造中のオーステナイト相の粒径および結晶粒度Ｇは、最高温度および／またはそれぞれの最高温度の滞留時間の定義された選択に影響される。この場合、ＡＳＴＭに基づいて少なくとも９の結晶粒度Ｇを維持すべきである。
【００１６】
ここでは一般に、選択された最高温度および滞留時間が減少するにつれて、形成される構造が、ますます細かくなる、ということが当てはまる。しかしながら、その他の方法では、拡散によってフェライト中にオーステナイト粒子を形成することが不可能であるので、最低条件を守らなければならない。
【００１７】
より低い最高温度および／またはそれぞれの最高温度のより短い滞留時間で、より高い結晶粒度Ｇが観察され得ることが考慮されるべきである。
【００１８】
それぞれの最高温度が観察される滞留時間は、１５ｍｉｎ〜１０ｈの範囲で維持されるべきである。
【００１９】
この場合、１０００℃〜１０７５℃±１０％の最高温度および１５０Ｋ／ｈ〜２５０Ｋ／ｈの範囲の加熱速度が熱処理において維持されるべきである。
【００２０】
１ｈ未満、好ましくは≦０．５ｈの滞留時間、および１０００℃〜１０７５℃の範囲の最高温度では、少なくとも１３、好ましくは少なくとも１４の結晶粒度Ｇが達成され得る。
【００２１】
特定のパラメータは、好ましくは指定のパラメータ範囲内で維持されるべきである。粉末タイプの出発原料の溶融では、レーザー光の焦点は、少なくとも４０Ｊ／ｍｍ３〜最大１５０Ｊ／ｍｍ３のエネルギー密度、４００ｍ／ｍｉｎ〜１７５０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは５００ｍ／ｍｉｎ〜１５００ｍ／ｍｉｎの範囲の焦点の移動の送り速度（ｆｅｅｄ  ｒａｔｅ  ｏｆ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）、および１５μｍ〜５０μｍの範囲、好ましくは２０μｍ〜３０μｍの範囲の出発原料で形成された個々の層の層厚みを維持するように最上層に対して誘導されるべきである。
【００２２】
製造においては、その割合が最大１０体積％程度互いからはずれているオーステナイト相およびフェライト相、ならびに全含有量が最大４５重量％、好ましくは最大４０重量％、特に好ましくは最大３５重量％のクロム、モリブデン、ニッケル、窒素、銅、炭素、タングステン、ケイ素、およびマンガンから選択される合金元素から構成される出発原料が使用されるべきである。
【００２３】
熱処理中に、空間分解された温度決定および対応する局所的に定義されたそれぞれの部品の加熱が実施されると有利である。これは、異なる領域で広範囲に変化する壁厚を示し、したがって局所的に異なる熱容量が存在する部品において特に重要である。
【００２４】
このように、大量の集積または壁厚を有する部品の領域は、さらに加熱することができる。これは、このような領域に対して選択的に誘導された放射線、特に赤外線などを使用して達成することができる。これにより、より薄い壁の構造を有する領域と同じ方法でこれらの領域を加熱し、部品内の温度勾配を回避することが可能になる。このために、他の場合にはよりゆっくり温まるであろうそれぞれの部品の重要な領域をさらに加熱する従来のオーブンの中または上に追加の放射線源が存在し得る。
【００２５】
部品のより薄い壁の領域は、それぞれ独立にまたはそれに加えて冷却することもできるが、部品のより厚い壁または大容量の領域は冷却されないか、またはさらに加熱される。冷却目的のために、冷却要素は、可能な範囲内で冷却されるべき対応して重要な領域の近くのオーブン内に存在してもよい。冷却されたガス流は、そのような薄い壁の領域に対しても誘導することができる。
【００２６】
局所的に定義された加熱では、少なくとも１つの温度センサーを使用することができ、それを用いて、好ましくは接触することなく、様々な寸法の領域におけるそれぞれの温度を決定できる。例えば、これは、別の方法で回転可能および／または移動可能な高温計であってよい。このように空間分解された方法で決定した温度測定値を用いて、同じ時間に同一、または少なくとも実質的に同一である部品の全体積にわたって温度が維持できるように、対応して配置および／または整列した冷却要素を対応して制御することができる。
【００２７】
以下、本発明について実施例を用いてさらに詳細に説明する。ここで与えられたパラメータも、しかしながら、少なくとも９の結晶粒度Ｇ、好ましくはより高い結晶粒度Ｇを有する完成した製造部品のフェライト中のオーステナイト粒子の最小数に対応する構造が得られるように改変できる。特に、これらのパラメータは、オーステナイトの溶解をもたらす熱処理において他の最高温度およびその滞留時間であってよい。
【００２８】
以下、ここでは図を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】８ｈの期間にわたって維持された熱処理において最高温度１０６５℃で本発明に基づいて製造した部品の試料の顕微鏡写真である。
【図２】０．５ｈの期間にわたって維持された熱処理において最高温度１０６５℃で本発明に基づいて製造した部品の試料の顕微鏡写真である。
【図３】０．５ｈの期間にわたって維持された熱処理において最高温度１０００℃で本発明に基づいて製造した部品の試料の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
商標名ＮＯＲＩＤＵＲの、実施例で使用した粉末タイプの出発原料は、以下の組成を有していた。
炭素０．０３６重量％、ケイ素０．６重量％、マンガン０．６３重量％、硫黄０．０１５重量％、クロム２４．８重量％、ニッケル７重量％、モリブデン２．３２重量％、銅２．９３重量％、および窒素０．１８重量％。
【００３１】
示された３つのそれぞれの試料に、レーザー光の焦点の送り運動（ｆｅｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ）によって覆われている互いに隣接して配置されたトラック間に５６μｍの距離で、９０Ｗの出力を有するレーザー光を照射した。レーザー光は、焦点に７０Ｊ／ｍｍ３のエネルギー密度が維持されるように集束させた。焦点は、出発原料から形成されたそれぞれ個々の層の表面にわたって６００ｍｍ／ｓの送り速度で移動させた。
【００３２】
この場合、０．５％の多孔度が部品材料で達成された。
【００３３】
層状の部品の追加の構成の後、熱処理のための種々のパラメータを選択した。
【００３４】
図１に示した試料では、例えば、熱処理のために最高温度１０６５℃が選択された。この最高温度は、８ｈの間維持された。これにより、フェライトに埋め込まれたオーステナイトの結晶粒度Ｇが１１．３１になった。熱処理を加熱速度２００Ｋ／ｈで実施した。８ｈの滞留時間が経過した後、加熱処理された部品を２０℃の温度の水中で冷却させた。
【００３５】
図２の顕微鏡写真で示した試料では、熱処理のために最高温度１０６５℃が選択された。この最高温度は、０．５ｈの間維持された。これにより、フェライトに埋め込まれたオーステナイトの結晶粒度Ｇが１４．１４になった。熱処理を加熱速度２００Ｋ／ｈで実施した。０．５ｈの滞留時間が経過した後、加熱処理された部品を２０℃の温度の水中で冷却させた。
【００３６】
図３の顕微鏡写真で示した試料では、熱処理のために最高温度１０００℃が選択された。この最高温度は、０．５ｈの間維持された。これにより、フェライトに埋め込まれたオーステナイトの結晶粒度Ｇが１４．８３になった。熱処理を加熱速度２００Ｋ／ｈで実施した。０．５ｈの滞留時間が経過した後、加熱処理された部品を２０℃の温度の水中で冷却させた。
【００３７】
このように、熱処理中に入力されるエネルギーの量が減少すると、結晶粒度Ｇが増加し、より微細な構造がこのように得られることが明確に分かる。しかしながら、フェライト相からのオーステナイト相の溶解およびフェライトマトリックス中へのオーステナイト粒子の埋め込みをもたらす最小エネルギーレベルは維持されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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