(57)【要約】  本発明は、極めて高い機械的特性を有する被覆された部品を、熱間成形技術を用いて製造する方法に関するものである。本発明によれば、その方法は、−焼なまし前に金属または金属合金で被覆された、焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、−ストリップを準備する場合、焼なましの前または後にストリップをブランクから切り出す工程と、−所望により、ブランクから予備成形部品を成形する工程と、−ブランクまたは予備成形部品を、５００℃に１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で加熱する工程と、−ブランクまたは予備成形部品を７００℃〜１０００℃に更に加熱する工程と、−ブランクまたは予備成形部品を熱間成形部品に熱間成形する工程と、−熱間成形部品を硬化する工程とを含んでなる。また、本発明は被覆された鋼ストリップ、ブランクまたは予備成形された部品を製造する方法、ならびに被覆された鋼ストリップ、ブランクまたは部品および熱間成形部品にも関するものである。
2013542315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極めて高い機械的特性を有する被覆された部品を、熱間成形技術を用いて製造する方法であって、
１．焼なまし前に金属または金属合金で被覆された、焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
２．ストリップを準備する場合、焼なましの前または後に前記ストリップをブランクから切り出す工程と、
３．所望により、前記ブランクから予備成形部品を成形する工程と、
４．前記ブランクまたは予備成形部品を、５００℃に１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
５．前記ブランクまたは予備成形部品を７００℃〜１０００℃に更に加熱する工程と、
６．前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形部品に熱間成形する工程と、
７．前記熱間成形部品を硬化する工程と
を含んでなる、方法。
【請求項２】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で６２５℃に加熱し、前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに７００〜１０００℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項３】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００℃に加熱し、所望により、前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに７００〜１０００℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項４】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００〜９００℃に加熱し、所望により、前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに最大で１０００℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項５】
前記金属または金属合金が亜鉛または亜鉛合金である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項６】
前記ブランクまたは予備成形部品上の前記被覆が工程４および５の間も固体のままである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
工程４において、前記ブランクまたは予備成形部品を最大５０℃／ｓの平均加熱速度で加熱する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記鋼が、重量百分率で、
０．１＜Ｃ＜０．５
０．５＜Ｍｎ＜３．０
０．１＜Ｓｉ＜０．５
Ｃｒ＜１．０
Ｔｉ＜０．２
Ａｌ＜０．１
Ｐ＜０．１
Ｓ＜０．０５
０．０００５＜Ｂ＜０．０８
所望により、
Ｎｂ＜０．１
Ｖ＜０．１
不可避的不純物
残部鉄
の組成を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記金属合金が、重量百分率で、
１．０＜Ａｌ＜５．０、好ましくは１．５＜Ａｌ＜２．０
１．０＜Ｍｇ＜５．０、好ましくは１．５＜Ｍｇ＜２．０
１種以上の標準合金元素を合計で最大０．２
残部亜鉛および不可避不純物
の組成を有する亜鉛合金である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において準備される、焼なまし前に金属または金属合金で被覆された焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を製造する方法であって、
１  −  鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
２  −  金属または金属合金、好ましくは亜鉛または亜鉛合金、の層で前記鋼を被覆する工程と、
３  −  前記被覆された鋼を７００℃〜１０００℃に加熱し、前記ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品をその温度に最大３０分間維持する工程と、
４  −  前記被覆された鋼を冷却する工程と
を含んでなる、方法。
【請求項１１】
ストリップを準備する場合、前記鋼ストリップを切断して前記ストリップからブランクを成形し、工程１、２、３または４の後に前記ブランクから予備成形部品を成形する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１の方法によって製造される、亜鉛または亜鉛合金の被覆を施された被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品であって、前記被覆の外側層が平均的に５重量％を超えるＦｅを３μｍの深さにわたって含む、被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品。
【請求項１３】
前記被覆の外側層が平均的に１０重量％を超えるＦｅ、好ましくは２０重量％を超えるＦｅ、より好ましくは３０重量％を超えるＦｅ、さらにより好ましくは４０重量％を超えるＦｅ、を３μｍの深さにわたって含む、請求項１２に記載の被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を行うことで提供される部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間成形技術を用いて被覆された部品を製造する方法に関するものである。また、本発明は被覆された鋼ストリップ、ブランクまたは熱間成形法のために予備成形された部品を製造する方法、ならびに被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品および熱間成形部品にも関するものである。
【背景技術】
【０００２】
部品の成形に関する熱間成形法の使用は、特に自動車用途において、よく知られている。容易に成形し得るシートから始まり、熱間成形法は極めて高い機械的特性、例えば１２００ＭＰａを超える引張り強度、を有する成形部品をもたらす。
【０００３】
通常、熱間成形は、ブランクを用意し、該ブランクを７００℃〜１０００℃に加熱し、数分間その温度にブランクを保持し、加熱されたブランクを熱間成形装置内に設置し、熱間成形装置内でブランクを部品に成形し、熱間成形された部品を硬化させることで行われる。
【０００４】
被覆されていない鋼を用いる場合、熱間成形装置内での熱間成形前のブランクの加熱は、鋼の酸化および脱炭を防ぐために、保護雰囲気下で行われることができる。しかしながら、熱間成形自体および硬化は空気中で行われるため酸化が生じ、そのため熱間成形後に、熱間成形された部品にスケール除去（descale）を行わなければならない。この欠点を克服するために、ここ１０年間、被覆されたシートを使用することが提案されており、このシートはＡｃ１温度を超える温度に加熱される。加熱中に、拡散層が被覆と鋼シートの間に成形され、熱間成形に用いられる高温においても、酸化に対する保護および被覆の鋼シートへの良好な接着をもたらす。
【０００５】
被覆された鋼シートを用いる場合、保護雰囲気はもはや必要ではないが、公知の方法にはいくつかの欠点がある。主な問題の一つは、被覆された鋼シートの加熱速度が重要であると判明したことである。これにより全工程がより制御しにくくなる。結果として、熱間成形装置での熱間成形およびこれに続く硬化は１分未満で行うことができる一方、鋼板の加熱にはかなりの時間、例えば５分、が掛かることにもなる。熱間成形装置によって可能となった高い生産速度での製造は、多数の被覆された鋼シートを炉内で加熱することにより行われることができる。しかし、熱間成形装置において遅延があると、被覆された鋼シートが炉内に長く留まり過ぎることとなり、その鋼板をスクラップにしなければならないことになる。これは熱間成形のコストにかなりの影響を及ぼす。その上、炉は非常に長くなければならない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、よりフレキシブルかつ堅牢な方式でプロセスの制御を可能にする、熱間成形技術を用いた被覆部品の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、また、熱間成形部品を容易かつ効率的に製造することを可能にする、熱間成形技術を用いた被覆部品の製造方法を提供することにもある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、公知の方法よりもコスト効率の良い、熱間成形技術を用いた被覆部品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、本発明による方法において使用可能な、被覆された鋼ストリップ、被覆された鋼シート、および被覆された予備成形部品ならびにこれらの製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明によれば、これらの目的の一つ以上は、極めて高い機械的特性を有する被覆された部品を、熱間成形技術を用いて製造する方法であって、
１．焼なまし前に金属または金属合金で被覆された、焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
２．ストリップを準備する場合、焼なましの前または後に前記ストリップをブランクから切り出す工程と、
３．所望により、前記ブランクから予備成形部品を成形する工程と、
４．前記ブランクまたは予備成形部品を、５００℃に１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
５．前記ブランクまたは予備成形部品を７００℃〜１０００℃に更に加熱する工程と、
６．前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形部品に熱間成形する工程と、
７．前記熱間成形部品を硬化する工程と
を含んでなる、方法を提供することによって達成される。
【００１１】
本発明者らは、焼なましされた被覆鋼を用いることで、焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形された部品の加熱が、５００℃まで１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で行えるとの知見を得た。このようにして、熱間成形前のブランクまたは予備成形部品の加熱が、通常よりもずっと速く行うことができる。ブランクまたは予備成形部品の加熱は、該ブランクまたは予備成形部品が炉から取り出されて熱間成形装置に入れられる前に、３分以内で行われることができる。本発明によるこの素早い加熱は、直接熱間成形プロセスにおいて使用されるブランクを使用することによって可能となるか、または間接熱間成形プロセスにおいて使用される予備成形部品を使用することによって可能となる。
【００１２】
好ましい態様によれば、工程４におけるブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で６２５℃に加熱し、ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに７００〜１０００℃に加熱する。ブランクまたは予備成形部品を１６℃／ｓ以上という高い加熱速度で７００℃に加熱することによって、ブランクまたは予備成形部品の加熱はさらに短い時間で行うことができる。
【００１３】
更なる好ましい態様によれば、工程４におけるブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００℃に加熱し、所望により、ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに７００〜１０００℃に加熱する。ブランクまたは予備成形部品を１６℃／ｓ以上という高い加熱速度で７００℃に加熱することによって、ブランクまたは予備成形部品の加熱は２分未満のさらに短い時間で行うことができる。
【００１４】
更なる好ましい態様によれば、工程４において前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００〜９００℃に加熱し、所望により、ブランクまたは予備成形部品を熱間成形する前に、工程５においてさらに最大で１０００℃に加熱する。ブランクまたは予備成形部品を１６℃／ｓ以上という高い加熱速度で７００〜９００℃に加熱することによって、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度がＡｃ１温度を超える温度まで使用された場合、ブランクまたは予備成形部品の加熱は９０秒未満の極めて短い時間で行うことができる。
【００１５】
好ましくは、金属または金属合金は亜鉛または亜鉛合金である。本発明者らは、焼なましされた亜鉛または亜鉛合金の被覆を用いることで極めて高い加熱速度を使用することが可能になることを知得した。
【００１６】
好ましい態様によれば、ブランクまたは予備成形部品上の被覆は工程４および５の間も固体のままである。このことにより、被覆がブランクまたは予備成形部品上に留まり、特に予備成形部品に関して、被覆は予備成形部品の水平でない部分に均一に拡散しして流れないという利点が当然ある。被覆が固体のままであるので、操作機器にくっつくことがない。さらに、被覆を固体から液体状態に変換するのにエネルギーは必要ではない。
【００１７】
好ましくは、加熱速度は２０℃／ｓ以上であり、より好ましくは２５℃／ｓ以上である。これらの高い加熱速度により、部品を熱間成形する前に、被覆されたブランクまたは予備成形部品を１分未満の時間で加熱することが可能となる。
【００１８】
好ましくは、工程４において、ブランクまたは予備成形部品を最大５０℃／ｓの平均加熱速度で加熱する。より高い加熱速度では、ブランクまたは予備成形部品を加熱する最高温度を制御することが困難となる。
【００１９】
好ましい態様によれば、鋼は、重量百分率で、
０．１＜Ｃ＜０．５
０．５＜Ｍｎ＜３．０
０．１＜Ｓｉ＜０．５
Ｃｒ＜１．０
Ｔｉ＜０．２
Ａｌ＜０．１
Ｐ＜０．１
Ｓ＜０．０５
０．０００５＜Ｂ＜０．０８
所望により、
Ｎｂ＜０．１
Ｖ＜０．１
不可避的不純物
残部鉄
の組成を有する。他の金属組成も可能ではあるが、上記の鋼組成がほとんどの場合極めて良好な結果を与えるであろうことが分かった。
【００２０】
好ましい態様によれば、金属合金は、重量百分率で、
１．０＜Ａｌ＜５．０、好ましくは１．５＜Ａｌ＜２．０
１．０＜Ｍｇ＜５．０、好ましくは１．５＜Ｍｇ＜２．０
１種以上の標準合金元素を合計で最大０．２
残部亜鉛および不可避不純物
の組成を有する亜鉛合金である。本発明者らは、この組成を有する亜鉛合金を使用することで、ブランクまたは予備成形部品を１６℃／ｓを超える極めて高い加熱速度で加熱することができる点を知得した。標準合金元素は、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｒおよびＢｉである。
【００２１】
本発明の第二の側面によれば、本発明の第一の側面で提供されたように、焼なまし前に金属または金属合金で被覆された焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を製造する方法であって、
１  −  鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
２  −  金属または金属合金、好ましくは亜鉛または亜鉛合金、の層で鋼を被覆する工程と、
３  −  被覆された鋼を７００℃〜１０００℃に加熱し、ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品をその温度に最大３０分間維持する工程と、
４  −  被覆された鋼を冷却する工程と
を含んでなる方法が提供される。そして、被覆されて焼なましされた鋼ストリップもしくはブランク、または予備成形部品を製造するためのこの方法は、熱間成形プロセス自体から独立して行われる。７００℃〜１０００℃の高い拡散温度を選択することは、拡散層を成形するための製造時間を比較的短くできることを意味する。
【００２２】
好ましくは、本発明の第二の側面による方法において、ストリップを準備する場合、鋼ストリップを切断してストリップからブランクを成形し、工程１、２、３または４の後にブランクから予備成形部品を成形する。ブランクまたは予備成形部品が熱間成形プロセスで用いられるため、熱間成形プロセスで直接使用されることができるブランクまたは予備成形部品を保管し、輸送することが好ましい。
【００２３】
本発明の第三の側面によれば、本発明の第二の側面によって製造された被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品に亜鉛または亜鉛合金の被覆が施され、被覆の外側層が平均的に５重量％を超えるＦｅを３μｍの深さにわたって含む。５重量％を超えるＦｅを３μｍの深さにわたって含む被覆された鋼は、ブランクまたは予備成形部品の熱間成形において使用されることができる。
【００２４】
好ましくは、被覆の外側層は平均的に１０重量％を超えるＦｅ、より好ましくは２０重量％を超えるＦｅ、さらにより好ましくは３０重量％を超えるＦｅ、最も好ましくは４０重量％を超えるＦｅ、を３μｍの深さにわたって含む。被覆の外側層におけるより高いＦｅ含有量では、被覆および鋼からのＦｅがよく分散することを意味する。
【００２５】
本発明の第四の側面によれば、本発明の第一の側面による方法を用いて製造された熱間成形された被覆部品が提供される。
【００２６】
本発明を、実験を参照しつつ以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】２種の異なる被覆で覆われた基材の加熱曲線を示す図である。
【実施例】
【００２８】
基材は１．５ｍｍ厚の２２ＭｎＢ５ボロン鋼である。
【００２９】
例１は、１．６重量％のＡｌと１．６重量％のＭｇ、および残部亜鉛を含んでなる亜鉛合金で覆われたブランクである。被覆は、１４０ｇ／ｍ２（各面７０ｇ／ｍ２）の被覆重量を有する。
【００３０】
例２は、例１におけるものと同じ被覆で覆われたブランクであるが、このブランクは７５０℃で焼なましされている。焼なましによって、被覆の平均Ｆｅ含有量は２０％を超える。
【００３１】
２種類のブランクを一緒に炉に入れた。炉の温度は９２０℃に設定されていた。ブランクを約８５０℃に加熱し、ブランクの温度を熱電対を用いて測定した。
【００３２】
図１には、ブランクの加熱曲線が示されている。横軸は炉内でのブランクの滞留時間ｔを秒で示し、縦軸はブランクの温度Ｔを℃で示す。
【００３３】
ブランクの調査により、例１の被覆が液体になったことが示された。
【００３４】
例２の被覆は、８５０℃までの完全な加熱を経ても固体のままであった。
【００３５】
図１には、例２のブランクが１６℃／ｓ以上の加熱速度で５００℃まで加熱され、約６５０℃までは１６℃の平均加熱速度であることが示されている。これに反して、例１のブランクの加熱速度は、１６℃／ｓよりもずっと低い。
【００３６】
鋼が完全にオーステナイトに変態する温度であり、本基材に関しては約８５０℃／ｓであるＡｃ３温度に達するまでの時間は、例２に関しては約１１０秒であり、例１に関しては約１８０秒である。
【００３７】
ブランクがＡｃ３温度に達した後、熱間加工装置に入れられる前に、オーステナイトに均質化されるための追加の時間が付与される。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極めて高い機械的特性を有する被覆された部品を、熱間成形技術を用いて製造する方法であって、
１．焼なまし前に金属または金属合金で被覆された、焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
２．ストリップを準備する場合、焼なましの前または後に前記ストリップをブランクから切り出す工程と、
３．所望により、前記ブランクから予備成形部品を成形する工程と、
４．前記ブランクまたは予備成形部品を、５００℃に１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
５．前記ブランクまたは予備成形部品を７００℃〜１０００℃に更に加熱する工程と、
６．前記ブランクまたは予備成形部品を熱間成形部品に熱間成形する工程と、
７．前記熱間成形部品を硬化する工程と
を含んでなり、
前記ブランクまたは予備成形部品を炉から取り出して熱間成形装置に入れる前に、前記ブランクまたは予備成形部品の加熱が３分以内で行われる、方法。
【請求項２】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で６２５℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項３】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項４】
工程４における前記ブランクまたは予備成形部品を、１６℃／ｓ以上の平均加熱速度で７００〜９００℃に加熱する、請求項１に記載の被覆された部品を製造する方法。
【請求項５】
前記ブランクまたは予備成形部品上の前記被覆が工程４および５の間も固体のままである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
工程４において、前記ブランクまたは予備成形部品を最大５０℃／ｓの平均加熱速度で加熱する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記鋼が、重量百分率で、
０．１＜Ｃ＜０．５
０．５＜Ｍｎ＜３．０
０．１＜Ｓｉ＜０．５
Ｃｒ＜１．０
Ｔｉ＜０．２
Ａｌ＜０．１
Ｐ＜０．１
Ｓ＜０．０５
０．０００５＜Ｂ＜０．０８
所望により、
Ｎｂ＜０．１
Ｖ＜０．１
不可避的不純物
残部鉄
の組成を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属合金が、重量百分率で、
１．０＜Ａｌ＜５．０、好ましくは１．５＜Ａｌ＜２．０
１．０＜Ｍｇ＜５．０、好ましくは１．５＜Ｍｇ＜２．０
標準合金元素であるＰｂ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＺｒおよびＢｉの１種以上を合計で最大０．２
残部亜鉛および不可避不純物
の組成を有する亜鉛合金である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、工程１が、
Ａ  −  鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を準備する工程と、
Ｂ  −  亜鉛または亜鉛合金の層で前記鋼を被覆する工程と、
Ｃ  −  前記被覆された鋼を７００℃〜１０００℃に加熱し、前記ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品をその温度に最大３０分間維持する工程と、
Ｄ  −  前記被覆された鋼を冷却する工程と
を含んでなる焼なまし前に金属または金属合金で被覆された焼なましされた鋼ストリップもしくはブランクまたは予備成形部品を製造する方法、に先行される、方法。
【請求項１０】
ストリップを準備する場合、前記鋼ストリップを切断して前記ストリップからブランクを成形し、工程Ａ、Ｂ、ＣまたはＤの後に前記ブランクから予備成形部品を成形する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項９または１０の方法によって製造される、亜鉛または亜鉛合金の被覆を施された被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品であって、前記被覆の外側層が平均的に５重量％を超えるＦｅを３μｍの深さにわたって含む、被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品。
【請求項１２】
前記被覆の外側層が平均的に１０重量％を超えるＦｅ、好ましくは２０重量％を超えるＦｅ、より好ましくは３０重量％を超えるＦｅ、さらにより好ましくは４０重量％を超えるＦｅ、を３μｍの深さにわたって含む、請求項１１に記載の被覆された鋼ストリップ、ブランク、部品または予備成形部品。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を行うことで提供される部品。
【国際調査報告】
2013542315.tif 000004
2013542315.tif 000005
2013542315.tif 000006