(57)【要約】  本発明は、オーステナイト系軽量鋼およびその使用に関する。本発明の目的は、本発明のオーステナイト鋼を、マンガンを含有しながら、ケイ素，アルミニウムおよびクロムと合金させることによって達成される。該鋼の造形挙動の改良は、合金化手段の助けにより，特に、クロム濃度を低下させて18%より少なくしながら、ケイ素を1.0%より多く4.0%までおよびアルミニウムを0.05%〜4.0%加えることによって得られる。本発明のオーステナイト系鋼は、二種の異なるタイプの鋼を含有する。第一のタイプの鋼は、クロム約 12.0%〜18.0%を含有するステンレスオーステナイト系鋼を含み、一方、第二タイプの鋼は、クロムを2.0%より多くそして12.0%より少なく含有するオーステナイト系鋼を包含する。該タイプの鋼は、実際に、それらのクロム，ニッケルおよびケイ素含有率の結果として錆に対する増大された耐性を付与されながら、ステンレスであり、これより、これに関して、潜在的に同様の特性にもかかわらずに、従来のオーステナイト系 TRIP/TWIP 鋼と異なる。従って、多数の該鋼は、耐候性または低腐食性と考えることができる。特に、クロム10%〜12%を含有する鋼は、はっきりと低い腐食速度が付与される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼が、鋼の化学組成から、４点：
(Crequ=14; Niequ=14.5)
(Crequ=14; Niequ=17.5)
(Crequ=20; Niequ=10)   および
(Crequ=20; Niequ=13)，
の座標によって求められる合金化領域内に位置され、その際、
クロム-およびニッケル当量は、1 および 2 の関係
Crequ= % Cr + % Mo + 1.5% Si + 0.5% W + 0.9% Nb + 4% Al + 4% Ti + 1.5% V  (1)
Niequ= % Ni + 30% C + 18% N + 0.5% Mn + 0.3% Co + 0.2% Cu - 0.2% Al (2)
によって計算され、
2.0%より多く18% より少ないクロム含有率および1.0%より多く4% より少ないケイ素含有率，2.0%より多く20% より少ないマンガン含有率および 0.05%より多く4% より少ないアルミニウム含有率を有し、数値は、重量% として換算されなければならずおよび残りは、大部分鉄および他の鋼随伴元素 (O，P，S)であることを特徴とする、良好な冷間成形性ならびに 30,000 MPa%より大きい冷間成形性，600〜800 Mpaの引っ張り強さおよび50%を超える破断点伸びの特性値を有するオーステナイト系軽量鋼。
【請求項２】
ニッケル含有率が 0 〜10%であり，
ニオブ含有率が0〜1.2%であり，
炭素含有率が 0.01〜0.15%であり，
窒素含有率が 0〜0.1%であり，
銅含有率が 0〜4%であり，
コバルト含有率が 0〜1%であり，
モリブデン含有率が 0〜4%であり，
タングステン含有率が 0〜3%であり，
チタン含有率が 0〜1%であり，および 
バナジウム含有率が 0〜0.15%である
ことを特徴とする、請求項 1記載の軽量鋼。
【請求項３】
炭素含有率が 0.04%であり，
クロム含有率が13%であり，
ケイ素含有率が 1.5%であり，
ニオブ含有率が 0.15%であり，
ニッケル含有率が 7.9%であり，
マンガン含有率が 8.1%であり，
アルミニウム含有率が 0.11%であり，および 
窒素含有率が 0.02%である
ことを特徴とする、請求項 1記載の軽量鋼。
【請求項４】
炭素含有率が0.03%であり，
クロム含有率が15,82%であり，
ケイ素含有率が1.22%であり，
ニッケル含有率が7.5%であり，
マンガン含有率が5.8%であり，および
アルミニウム含有率が0.11%である 
ことを特徴とする、請求項 1記載の軽量鋼。
【請求項５】
熱間圧延シート金属およびストリップ用材料としての、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【請求項６】
冷間圧延シート金属およびストリップ用材料としての、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【請求項７】
破壊荷重された(crash-loaded)部材および強化用構造部材用材料としての、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【請求項８】
平たくない部材および固定部材用の、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【請求項９】
材料に熱処理を施すことを特徴とする、請求項 6，7 または 8記載の軽量鋼の使用。
【請求項１０】
耐候性および腐食を遅らせる部品用材料としての、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【請求項１１】
ステンレス部品用材料としての、請求項 1，2，3 または 4記載の軽量鋼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
新しいものは、オーステナイト系軽量鋼，およびその使用に関する。600 Mpaより大きい引っ張り強さを示す鋼は、単位重量当たりの引っ張り強さがアルミニウムに比べて一層高いことにより、軽量鋼と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ステンレスオーステナイト系鋼は、高い耐食性および，通常，その上、良好な冷間成形性によって区別される。ステンレスオーステナイト系鋼の冷間(cold)成形性およびエネルギー吸光能は、TRIP-効果(変態誘起塑性) によって増大させることができる。得られる引っ張り強さおよび破断点伸び(fracture strain)は、両方とも相対的に高い。ステンレス，冷間成形可能なCrNi-およびCrNiMn-鋼において、TRIP-効果が起きる合金化範囲は、まだ特定されていない。従来，ステンレス，TRIP-効果を示す冷間成形可能なオーステナイト系鋼は、単にいくつかの特殊な性質によって特性表示されてきたにすぎない。該鋼は、破断点伸び約 60〜45%を示しながら[1，2]、引っ張り強さ約 520〜850 MPa を示す。TRIP-効果を示す代表的な鋼は、鋼 X5 CrNi 18 10 (1.4301)のような、クロム17〜18%およびニッケル 8〜10%  を有するステンレス鋼である。
【０００３】
ステンレスオーステナイト系鋼に加えて、高マンガンTRIP/TWIP-鋼 (双晶(twinning)誘起塑性) およびLIP-鋼 (光誘起塑性) は、冷間成形可能な鋼である。TRIP/TWIP-およびLIP-鋼の引っ張り強さが増大されることにより、それらは、また、軽量鋼とも呼ばれる。オーステナイト系TRIP/TWIP-鋼は、引っ張り強さ約 650より高い〜1100 Mpaを示す。随伴する破断点伸びは、約80〜40%の範囲である[1，3，4]。
【０００４】
鋼の化学組成は、DE 197 27 759 A [3] に開示されている。[3]に従えば、これらの鋼は、マンガン10〜30%を含有し，典型的には、ケイ素およびアルミニウムが加えられている。それらは、クロムと合金されない。マンガン20%，ケイ素3%およびアルミニウム3%を有する鋼が代表的である [3，4，5]。
【０００５】
オーステナイト系LIP-鋼は、実験室規模で試験されてきただけである。それらは、引っ張り強さ約 1000〜1100 MPa および約 60〜50%の範囲の破断点伸びに達すると報告されている。[6]へは，化学組成は、まだ発表されていない。
【０００６】
TRIP-，TWIP-，または重ね合わせたTRIP- およびTWIP-効果によって、該鋼の冷間成形性およびエネルギー 吸光能，引っ張り強さおよび破断点伸びが増大される。
【０００７】
機械的に引っ張る間に、オーステナイトは、変態によって誘起されるε- および/または α’-マルテンサイトに転移するならば，TRIP-効果が観測される。その結果、塑性変形能および引っ張り強さが上昇することになる。双晶化は、これらの性質変化を更に増強することになる。次いで、高い歪硬化能力が観測されることになる。次いで、相対的に低い 0.2%-降伏強度により、相対的に高い引っ張り強さに達し、それで、典型的には、低い降伏強度比が記録されるようになる。
【０００８】
該鋼の冷間成形性を評価するために、引っ張り強さに最大伸び率を掛けた積を特性値として使用することができる。引っ張り強さ× 最大伸び率の積は、オーステナイト系 TRIP-鋼について、約 25,000〜38,000 MPa%，TRIP/TWIP-鋼について、38,000を超え〜57,000 MPa% およびLIP-鋼について、57,000 MPa%を超えるの範囲である [3-7]。TRIP-鋼およびTRIP/TWIP-鋼のエネルギー吸光能は、0.45〜0.5 J/mm3の値に達する。そのことは、破壊荷重(crash loading)時に、これらの鋼に大きな歪予備力が付与されることを意味する[3，4，5]。LIP-鋼について、それに関しての値は、発表されていない。
【０００９】
オーステナイト系 TRIP-およびTRIP/TWIP-鋼では，冷間成形性およびエネルギー吸光能は、冷間変形プロセスの間に機械的に引っ張る作用として影響を及ぼされるオーステナイト系構造によって達成される。オーステナイトのミクロ構造は、特に、積層欠陥および双晶の形成，ならびに変形-誘起ε- および α’-マルテンサイトの形成に関して、影響を与えられる。異なる機構は、主に、オーステナイトの積層欠陥エネルギーによって影響を与えられ得，これは、オーステナイトの化学組成に依存する[5，8]。更に，ニオブは、微粒子を発現させるのを助成しおよびこれより、機械的な性質に対して良好な効果を与える。加えて，ニオブは、炭素の固化(setting)を引き起こしおよび故に、腐食性の改良に至る。
【００１０】
今までは，耐熱性，または改良された耐剥れ性をそれぞれ達成するために、1 %より多いケイ素含有率が、高いクロム含有率と共に、オーステナイト系鋼に合金される。ケイ素およびアルミニウムは、高い酸素活性を示し、これが、注型性および純度のレベルに対して効果を与えることができる。このために、該元素の含有率は、それらが、特殊な性質を改良するために合金されるのでなければ、最少になるように選ぶのが普通である。
【００１１】
ケイ素およびアルミニウムは、フェライト安定化用元素である。従って、フェライトが形成されるのを避けるために、オーステナイト系鋼中でのこれらの元素の含有率を制限する。高マンガンTWIP-鋼の他は、オーステナイト系鋼において、アルミニウムは、合金化成分として使用されてこなかった。他の随伴しおよび合金化用元素と異なり、アルミニウムがクロムおよび/またはニッケル当量に与える影響は、まだ報告されていない。
【００１２】
クロム含有率が約 12%より多いと、不動態化層を形成させ，ステンレス鋼を耐食性にさせる。クロム12%を有するオーステナイト系鋼は、耐候性でありおよび腐食を遅らせるのが普通である。これらの鋼では、錆に対する耐性が増大される。しかし、高マンガンオーステナイト系鋼は、クロム合金されない。それで、それらは、ステンレス，腐食を遅らせる耐候性鋼の中に位置付けられない。
【００１３】
通常のオーステナイト系鋼では、マンガンが、オーステナイト-形成用およびニッケル-置換用元素として使用される。従って、主に費用の理由から、マンガンがオーステナイト系鋼に加えられる。
【００１４】
構造がオーステナイトからなることは、変形-誘起ε-マルテンサイトを生成することの前提条件である。TRIP-効果に達するためには、対応するクロム-およびニッケル当量を化学組成で必要とする。そのことは、フェライト-およびオーステナイト-安定化用元素に関して、鋼の化学組成を調節しなければならないことを意味する。
【００１５】
ステンレスマンガン-および窒素-合金されたオーステナイト系鋼1.4371 (X2 CrMnNiN 17 7 5)，1.4372 (X12 CrMnNiN 17 7 5) および1.4373 (X12 CrMnNiN 17 9 5)，ならびに鋼 AISI 201 および 202は、窒素-合金されてよくまたは窒素を含有せず、それらのCr-，Ni- およびMn-含有率に関する限り、いくつかの部分的な範囲で特許によって含まれる。該鋼は、Stahlschluessel [7]に掲記されている。しかし、それらは、アルミニウムを含有しない。
引用文献：
[1] Schroeder, T.: Technische Rundschau 1/2 (2005), pp. 48-52
[2] DIN 17 440 and DIN 17 441
[3] Frommeyer, G.: Unexamined laid-open Patent application, DE 197 27 759 A1
[4] Frommeyer, G.: Patent specification, DE 197 27 759 C2
[5] Graessel, O., L. Krueger, G. Frommeyer and L. W. Meyer: Int. J. Plasticity 16(2000), pp. 1391-1409
[6] Bode, R. et al.: stahl und eisen 8(2004), pp. 19 to 26
[7] Stahlschluessel (Steel Index), Verlag Stahlschlussel Wegst GmbH
[8] Martinez, L. G. et al.: Steel research 63(1992)5, pp. 221-223
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、主請求項に開示する本発明は、良好な冷間成形性，30,000 MPa%より高い冷間成形性の特性値，ならびに 引っ張り強さ600〜800 MPa および 50% を超える破断点伸びを有する更なるオーステナイト系軽量鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、本発明に従うオーステナイト系鋼を、マンガンを含有しながら、ケイ素，アルミニウムおよびクロムと合金させることによって、課題を解決する。該鋼の成形性の改良は、合金化手段の助けにより，特に、クロム含有率を低下させて18%より少なくしながら、ケイ素を1.0%より多く4.0%までの範囲内で，アルミニウムを0.05%〜4.0%までの範囲内で加えることによって達成される。
【００１８】
アルミニウムが、クロム- およびニッケル当量の両方に影響を与えることが分かった。請求項 1に従うクロム当量を計算する際に、アルミニウムについての効率ファクターは、これを考慮に入れる。また、請求項 1では、係数によって、ニッケル当量に与える効果を考慮に入れる。その結果、アルミニウムは、ニッケル当量を減少させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
好ましくは，アルミニウムは、室温より高い温度で，すなわち、最も技術的な冷間形成プロセスが行われる温度で、機械的な性質の改良および冷間成形性およびエネルギー吸収の増大に至る。
【００２０】
これらの条件で，本発明に従う鋼の必要な化学組成は、上述した通りにして求めることができる。Cr-，Ni- および Mn-含有率に関する限り、既知のステンレスマンガン- および窒素-合金されたオーステナイト系鋼1.4371 (X2 CrMnNiN 17 7 5)，1.4372 (X12 CrMnNiN 17 7 5) および 1.4373 (X12 CrMnNiN 17 9 5)，ならびに鋼 AISI 201 および 202は、窒素-合金されてよくまたは窒素を含有せず、部分的な範囲で特許請求の範囲によって含まれる。該鋼は、Stahlschluessel [7]に掲記されている。しかし、それらは、アルミニウムを含有しない。加えて，本発明に従う鋼は、これらの鋼と、ケイ素を一層多く含有する点で，およびまた、一部に使用においても異なる。特に，該鋼における窒素の固溶体強化効果は、良好な冷間成形性を示す鋼と異なり、相対的に高い0.2%-降伏強度を得るために使用する。次いで、窒素-合金された鋼は、スプリング鋼として使用するのが好ましい。201 および 202 銘柄の窒素合金されていない鋼は、同じ銘柄の窒素合金された鋼と比べて0.2%より低い-降伏強度によって特性表示される。従って、これらの鋼の冷間成形性は、若干一層良好であり、それで、これらの鋼で造られる部材は、家庭用品として，装置建設，建築工業，等において使用される。
【００２１】
本発明によって達成される利点は、特に、本発明の軽量鋼によって、その上、改良された機械的性質ならびに増大された冷間成形性およびエネルギー吸収能に達することに在る。Ni-含有率が一層低下されたオーステナイト系 CrNiMn-鋼のような費用効率的な鋼を製造することが可能になる。該鋼は、例えば、18/8または18/10 銘柄の商用ステンレスCrNi-鋼の性質より良好な性質または匹敵し得る性質を示す。その上に、高いレベルの強度および靭性を有する耐候性，または腐食を遅らせる軽量鋼をそれぞれ，製造して良い結果を得ることができる。本発明に従う該鋼は、クロム-フリーの，高マンガンTWIP-鋼と同様に、極めて良好に冷間形成する。
【００２２】
実施態様の下記の好適な例によって、本発明を説明することにする。
【００２３】
本発明に従うオーステナイト系鋼は、二種の異なる鋼銘柄を含む。第一の鋼銘柄 は、クロム約 12.0%〜18.0%を含有するステンレスオーステナイト系鋼を含む。第二の鋼銘柄は、クロムを2.0%より多くそして12.0%より少なく含有するオーステナイト系鋼を含む。第二の銘柄の鋼は、ステンレスではなく，それらのクロム-，ニッケル- およびケイ素含有率の結果として錆に対する一層高い耐性を示し、これより、これに関して、同様の性質の可能性にもかかわらずに、従来のオーステナイト系 TRIP/TWIP 鋼と異なる。従って、複数の該鋼は、それぞれ、耐候性，または腐食を遅らせると考えることができる。特に、クロム10%〜12%を含有する鋼は、はっきりと低い腐食速度を示す。
【００２４】
請求項 2に従えば、好適な組成は、ニッケル含有率が10% より少なく、また、0%であり，ニオブ含有率が1.2% より少なく、また、0%であり，炭素含有率が 0.01%〜0.15%であり，窒素含有率が0.1% より少なく、また、0%であり，銅含有率が4% より少なく、また、0%であり， コバルト含有率が1% より少なく、また、0%であり，モリブデン含有率が4% より少なく、また、0%であり，タングステン含有率が3% より少なく、また、0%であり，チタン含有率が1% より少なく、また、0%であり，およびバナジウム含有率が0.15% より少なく、また、0%であることである。
【００２５】
好ましくは，請求項 3に従う、TRIP-効果，良好な冷間成形性および増大された耐錆性を有するそのようなオーステナイト系鋼は、炭素含有率0.04%，クロム含有率13%，ケイ素含有率1.5%，ニオブ含有率0.15%，ニッケル含有率7.9%，マンガン含有率 8.1%，窒素含有率 0.02% およびアルミニウム 含有率 0.11%を有し，残りは、大部分鉄である。鋼の構造は、準安定なオーステナイトからなる。鋼は、著しいε-TRIP-効果を示す。相対的に高い硬化能力が達成される。0.2%-降伏強度は、210 Mpaであり，引っ張り強さは、645 MPaである。鋼は、最大伸び率65%に達する。そのことは、破断点伸び ×引っ張り強さの積として計算した特性値を求めて38,055 MPa%であることを意味する。エネルギー吸収は、約 0.5 J/mm3である。鋼は、鉄，クロムおよびケイ素を含有する酸化層を形成し、該層は、大気条件下で、耐候性，または低腐食を，それぞれ引き起こす。
【００２６】
特に好ましくは，請求項 4に従う、TRIP-効果および良好な冷間成形性を有するステンレスオーステナイト系鋼は、炭素含有率0.03%，クロム含有率15,82%，ケイ素含有率 1.22%，ニッケル含有率 7.50%，マンガン含有率 5.80% およびアルミニウム含有率 0.11%を有し，残りは、大部分鉄である。鋼の構造は、準安定なオーステナイトからなる。鋼は、室温で著しいε-TRIP-効果を有するオーステナイト系基本構造を示す。高い硬化能力の結果である相対的に低い降伏強度比率が観測される。0.2%-降伏強度は、約197 Mpaであり，引っ張り強さは、620 MPaである。鋼は、最大伸び率64%に達する。そのことは、破断点伸び ×引っ張り強さの積として計算した冷間成形性を特性表示する値を求めて39,820 MPa%であることを意味する。エネルギー吸収は、約 0.5 J/mm3である。
【国際調査報告】
2008542528.tif 000002
2008542528.tif 000003
2008542528.tif 000004
2008542528.tif 000005
2008542528.tif 000006
2008542528.tif 000007