(57)【要約】  本発明は、封じ込め装置の製造方法であって、  ａ．（質量％）でＣ  ０．０５％〜０．４％、Ｓｉ  ２．０％以下、Ｍｎ  ２．０％以下、Ｐ  ０．１％以下、Ｎ  ２００ｐｐｍ以下、残部鉄および不可避不純物からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、ｂ．該スラブを再加熱した後、または該スラブを高温装入することにより、鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後に直接圧延することにより、該スラブをストリップに熱間圧延し、続いて該ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、ｃ．該ストリップを厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷することにより、連続焼きなましする工程、ｅ．封じ込め装置を製造する工程を含んでなり、該封じ込め装置中の該鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、該封じ込め装置の特性異方性が低い、方法に関する。本発明はさらに、該方法により製造された封じ込め装置、ならびに該封じ込め装置を製造するための、高温および／または高圧密封用途向けの絶縁バリヤー材料の製造方法にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
封じ込め装置の製造方法であって、
ａ．（質量％）で
−Ｃ    ０．０５％〜０．４％、
−Ｓｉ  ２．０％以下、
−Ｍｎ  ２．０％以下、
−Ｐ    ０．１％以下、
−Ｎ    ２００ｐｐｍ以下、
所望により、質量基準で、
−少なくとも一種の、Ｃｒ１．０％未満、Ｍｏ１．０％未満からなる群から選択される成分、および／または
−少なくとも一種の、Ｎｂ０．１％未満、Ｔｉ０．１％未満、Ｖ０．１％未満からなる群から選択される成分
−残部鉄および不可避不純物
からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、
ｂ．前記スラブを再加熱した後、または前記スラブを高温装入することにより鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後の前記スラブを直接圧延することにより、前記スラブをストリップに熱間圧延し、続いて前記ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、
ｃ．前記ストリップ鋼を厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、
ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷することにより、連続焼きなましする工程、
ｅ．前記封じ込め装置を製造する工程
を含んでなり、前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、前記封じ込め装置の特性異方性が低い、方法。
【請求項２】
前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも２０体積％のマルテンサイト相を含んでなり、残りが好ましくは少なくとも６０体積％のフェライトを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％のマルテンサイト相を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記鋼に、好ましくは電気めっきにより、金属被覆が施される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属被覆が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｒまたはそれらの合金からなる金属被覆の群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記金属被覆が、ニッケル系被覆、例えば、好ましくは最小ニッケル含有量が少なくとも約８５％である、ニッケル被覆である、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記鋼がアルミニウムを含まないか、またはアルミニウム−ケイ素を含まない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記鋼の総窒素含有量が５ｐｐｍを超える、および／または１５０ｐｐｍ以下である、好ましくは前記総窒素含有量が１５〜１２５ｐｐｍである、より好ましくは前記総窒素含有量が２５〜１００ｐｐｍ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】
前記鋼が、連続焼きなましの後に焼戻し圧延され、前記焼戻し圧下率が、好ましくは１０％以下および／または少なくとも１．５％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のいずれか一項により製造された封じ込め装置。
【請求項１１】
前記封じ込め装置が、ガスケット、好ましくは内燃機関ガスケットである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１２】
前記封じ込め装置が、リムファイアー式弾薬用のカートリッジである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１３】
前記封じ込め装置が、バッテリーケースである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１４】
高温および／または高圧密封用途向けの絶縁バリヤー材料の製造方法であって、
ａ．（質量％）で
−Ｃ    ０．０５％〜０．４％、
−Ｓｉ  １．０％以下、
−Ｍｎ  ２．０％以下、
−Ｐ    ０．１％以下、
−Ｎ    ２００ｐｐｍ以下、
所望により、質量基準で、
−少なくとも一種の、Ｃｒ１．０％未満、Ｍｏ１．０％未満からなる群から選択される成分、および／または
−少なくとも一種の、Ｎｂ０．１％未満、Ｔｉ０．１％未満、Ｖ０．１％未満からなる群から選択される成分
−残部鉄および不可避不純物
からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、
ｂ．前記スラブを再加熱した後、または前記スラブを高温装入することにより鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後の前記スラブを直接圧延することにより、前記スラブをストリップに熱間圧延し、続いて前記ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、
ｃ．前記ストリップ鋼を厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、
ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷することにより、連続焼きなましする工程、
ｅ．封じ込め装置を製造する工程
を含んでなり、前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、前記封じ込め装置の特性異方性が低い、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、封じ込め装置の製造方法および該方法によって製造された封じ込め装置に、および該封じ込め装置を製造するための絶縁バリヤー材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
封じ込め装置は、第一環境を第二環境から分離するのに使用され、その際、両環境が互いに接触しないことが重要であり、第一環境における環境条件が、例えばリムファイアー式のカートリッジの場合には短時間、あるいは例えばエンジンガスケットの場合には長時間、封じ込められることができることが重要である。封じ込め装置、例えばシリンダーヘッドとシリンダーブロックとの間に配置され、それらが一緒に自動車用エンジンの燃焼室を限定するエンジンガスケット、では、エンジンの内側環境が外側環境から分離される。エンジンガスケットは、全体的にエンジンのシリンダーと実質的に等しい直径を有する円形状を有する開口部、および該開口部を取り囲むように、ビード加工により形成された隆起部である輪状ビードを有する密封部材である。ビードは、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとの間で圧縮され、それらの間の隙間を密封し、燃焼室から燃焼ガスが、エンジンを冷却するための冷却手段から冷却水が、およびエンジンの可動部分を潤滑させるための潤滑手段から潤滑油が漏れるのを阻止するマクロ−シールとして機能する。別のマイクロシーリングは、エラストマー、例えばフルオロ−エラストマー、により与えられる。ガスケットは、その主要目的が、様々な媒体（例えばガス、油、水）をそれらの適切な環境中に収容することであるので、封じ込め装置として機能する。封じ込め装置は、静止条件下でのみならず、動的条件下でも分離装置として作用することに注意することが重要である。
【０００３】
従って、そのようなエンジンガスケットを製造するための材料は、ビードを圧縮に対して保持するのに十分な高い強度（高硬度および高降伏応力）を、良好な加工性、十分な耐食性、および熱安定性と共に有することが必要であるが、ガスケットを形成する際の十分な成形性も必要とする。ガスケットには、シリンダー、ピストンおよびシリンダーヘッドにより取り囲まれた燃焼室のいずれかにおける爆発の度に負荷が繰り返しかかるので、封じ込め装置、例えばエンジンガスケット、の疲労特性が非常に重要であることも注意すべきである。もう一つの必要条件は、ガスケットが形成される材料の、特性の異方性が低いことである。異方性の用語を使用する場合、平面的な異方性であると理解すべきである。作動中、ガスケットの温度は、例えば約１１０℃まで高くなることがあるので、特性の熱的安定性も重要である。
【０００４】
小火器弾薬用のカートリッジのような封じ込め装置では、カートリッジ内側の爆発雰囲気を外側雰囲気からできるだけ長く収容し、爆発から、小火器の胴から離れていく弾丸にエネルギーを最大限に送り込むことが重要である。爆発の際、カートリッジは、小火器の胴の後ろ側を確実に密封し、ガスが後ろ側から逃げるためにエネルギーが失われるのを阻止する必要がある。この密封は、爆発の際にカートリッジが弾性的に膨脹することにより、確保される。爆発の後、カートリッジは元に戻り、カートリッジを胴から容易に取り出すことができる。カートリッジを形成する際の良好な成形性が、最終的なカートリッジの高い降伏強度との組合せで必要とされる。高い降伏強度により、爆発の際に、胴の中で粘着を引き起こすことがあるカートリッジの可塑的変形を起こさずに、必要なカートリッジの弾性膨脹が得られる。もう一つの必要条件は、カートリッジを形成する際の耳形成(earing)を阻止または少なくするために、カートリッジが形成される材料の、特性の平面的異方性が低いことである。
【０００５】
バッテリーケースのような封じ込め装置では、バッテリーの有害で腐食性であることが多い内容物を外側環境から閉じこめ、腐食、汚染または健康上の危険性を防止することが重要である。バッテリーの容量を改良するには、バッテリーの外側寸法を変えずに、バッテリーケースの容積を増加することが重要である。ケースの壁厚寸法を下げることにより、そのような容積増加を達成することができよう。しかし、バッテリーでは、内部圧力が容易に３０バールの値を超えることがある。この高圧によってプラスチックの変形またはバッテリーの破損を引き起こしてはならない。従って、バッテリーケースの高強度および高降伏点が必要とされるが、引抜き−および−壁しごき加工（ＤＷＩ）または引抜き−および−再引抜き加工（ＤＲＤ）技術によりケースを形成する際には、低降伏応力および高成形性が必要である。もう一つの必要条件は、カートリッジを形成する際の耳形成を阻止または少なくするために、カートリッジが形成される材料の、特性の平面的異方性が低いことである。
【０００６】
エンジンガスケットに対する上記の必要条件を満たすために、公知の解決策は、ＣｒおよびＮｉを添加したステンレス鋼である準安定オーステナイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０１ステンレス鋼、を使用することである。そのような鋼を冷間加工、例えば冷間圧延およびビード加工、により変形させることにより、変形した区域における準安定オーステナイトが、硬度がより高いマルテンサイトに変換される。従って、その鋼は、高い加工硬化性を良好な初期加工性と共に示す。
【０００７】
しかし、そのようなステンレス鋼には、鋼の加工度および鋼を加工するときの温度により、加工により増加する鋼の強度が非常に大きく左右されるので、鋼の特性、特に硬度、が大きく変動するという欠点がある。従って、品質、特にその鋼から製造されたガスケットの密封品質、が大きく変動することがある。もう一つの欠点は、準安定オーステナイト系鋼が、応力腐食亀裂に対して敏感なことである。さらに、その鋼は、高価なニッケルを大量に含むので、ガスケットとの製造コストが高くなる。
【０００８】
これらの問題に対処するために、日本国特許第７−２７８７５８号では、焼戻しされたマルテンサイト系構造を有し、Ｃｒを基材とするマルテンサイト系ステンレス鋼がエンジンガスケットの製造に提案されている。一般的に、マルテンサイト系ステンレス鋼は、応力腐食亀裂に対する耐性が、上記の準安定オーステナイト系ステンレス鋼に対して改良されている。その上、マルテンサイト系ステンレス鋼では、高温から急冷することにより、硬質のマルテンサイト相への変換が引き起こされ、高い硬度が比較的容易に達成される。さらに、マルテンサイト系鋼は、ニッケル含有量が低いので、安価である。
【０００９】
しかし、マルテンサイト系ステンレス鋼は、急冷された状態では、伸長性が減少し、加工が困難なので、急冷されたマルテンサイト系鋼を、急冷後に焼戻し熱処理にかけることが不可欠である。そのような熱処理は、鋼の製造コストを増加し、炭化物の形成による鋼の脆化を引き起こすか、または炭化物形成によりＣｒが不足した相が形成されるために、耐食性が失われることがある。
【００１０】
ステンレス鋼をガスケットに応用することには、多くの欠点がある。第一に、高レベルの高価な合金化元素、例えばクロムおよびニッケル、のために、ステンレス鋼のコストが高い。その上、ステンレス鋼の最終的な特性が加工条件に対して非常に敏感であり、これらの加工条件は極めて厳しい。さらに、ステンレス鋼は、多くの合金化元素を大量に含んでいる。合金化元素の不均質な分布、およびそれらに対する加工条件変動の影響の結果、これらの鋼の機械的特性も大きく変動する。従って、ステンレス鋼の機械的特性の、再現性および異方性が常に問題となる。
【００１１】
鋼の降伏強度は、鋼を、３０％以上の加工度(draft)で第二の冷間圧延に欠けることにより、増加させることができることが分かっている。この加工度３０％以上の第二冷間圧延の欠点は、第二冷間圧延の結果、異方性が大きくなることである。
【発明の開示】
【００１２】
本発明の目的は、製造後の降伏強度が高い封じ込め装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、特性の異方性を下げた封じ込め装置の製造方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、経済的に魅力的な材料から製造された封じ込め装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、特性が加工条件に対してあまり敏感ではない封じ込め装置の製造方法を提供することである。
【００１６】
本発明により、これらの目的の一つ以上は、封じ込め装置の製造方法であって、
ａ．（質量％）で
−Ｃ    ０．０５％〜０．４％、
−Ｓｉ  ２．０％以下、
−Ｍｎ  ２．０％以下、
−Ｐ    ０．１％以下、
−Ｎ    ２００ｐｐｍ以下
−残部鉄および不可避不純物
からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、
ｂ．該スラブを再加熱した後、または該スラブを高温装入することにより鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後に直接圧延することにより、該スラブをストリップに熱間圧延し、続いて該ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、
ｃ．該ストリップを厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、
ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷することにより、連続焼きなましする工程、
ｅ．封じ込め装置を製造する工程
を含んでなり、該封じ込め装置中の該鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、該封じ込め装置の特性異方性が低い、方法により達成される。該鋼は、好ましくはアルミニウムを含まないか、またはアルミニウム−ケイ素を含まない。
【００１７】
本発明の封じ込め装置製造方法では、ステンレス鋼の場合におけるような非常に高価な合金主成分は必要としない。上記の製法にかける本発明の鋼主成分により、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなる微小構造を有する鋼ストリップが得られる。これらの相は、材料の強度に大きく貢献する。Ａｃ１より上で焼きなましするために、最終製品の異方性は大きく低下するが、これは、加熱によるフェライトからオーステナイトへの相変換およびそれに続く急冷の際のオーステナイトから所望の相への再変換により、材料の組織構造が大規模に不規則化し、それによって、材料の異方性が低下するためである。
【００１８】
驚くべきことに、本発明により製造される封じ込め装置は、潜在的な焼成硬化能力が高いことが分かった。成形のための変形加工を受けている封じ込め装置を、例えば温度１００〜２００℃に加熱することにより、降伏強度が非常に大きく増加することが観察できた。これによって、優れた疲労特性も得られる。
【００１９】
従って、部品を形成した後の焼成硬化処理により、完成した部品における材料の降伏強度がさらに増加する。本発明の方法の利点は、所望の最終特性を達成するのに、第二の冷間圧延処理を必要としないことである。追加の冷間圧延工程は、特性の異方性を大幅に増加させ、これは、多くの封じ込め装置にとって好ましくない。第二の冷間圧延処理とは、１０％を超える加工度が関与する圧延処理であると理解すべきであり、これは、これらのレベルの変形は、製品の異方性に悪影響を及ぼすためである。最大１０％の加工度が関与する冷間圧延処理は、焼戻し圧延処理と考えられる。
【００２０】
従って、本発明の封じ込め装置は、高強度、優れた疲労特性および低減された異方性を有利に兼ね備えている。
【００２１】
熱間圧延された鋼の冷却は、所望により促進冷却装置、例えばどちらも冷却剤として水を主に使用する薄層(laminar)冷却装置または超高速冷却装置、を使用して行うが、霧冷却装置またはガス冷却装置を使用して行うこともできよう。促進冷却中の典型的な冷却速度は１０〜２００℃／ｓであるが、超高速冷却型の冷却を使用することにより、冷却速度は、単位厚さ（ｍｍ）あたり１５００℃／ｓ（すなわち３ｍｍストリップには５００℃／ｓ）まで、著しく高くすることができる。
【００２２】
封じ込め装置の機械的特性は、鋼の化学組成が、質量基準で、
・少なくとも一種の、Ｃｒ１．０％未満、Ｍｏ１．０％未満からなる群から選択された成分、および／または
・少なくとも一種の、Ｎｂ０．１％未満、Ｔｉ０．１％未満、Ｖ０．１％未満からなる群から選択された成分
を含んでなる、本発明の実施態様でさらに調整することができる。
【００２３】
クロムおよびモリブデンは、フェライト安定化元素であり、オーステナイトからフェライトへの変換温度（Ａ３）を引き上げ、オーステナイト中の炭素の拡散を遅くすることにより、オーステナイトの分解を遅延させる。バナジウム、チタンおよびニオブも、同じ効果を有する。上記の元素は全て強力な炭化物形成元素であり、適切な熱−機械的条件（すなわち温度、ひずみおよびひずみ率）下で炭化物を析出させる。従って、これらの元素を添加することにより、鋼の微小構造ならびに機械的特性が調整され、封じ込め装置は、望ましい特性を備え、その機能を果たすことができる。
【００２４】
本発明の一実施態様では、鋼のケイ素含有量が最高１．０％、好ましくは最高０．５％である。ケイ素含有量を下げることにより、材料の表面状態が改良される。
【００２５】
本発明の一実施態様では、冷間圧下率は５０〜９５％、好ましくは７０〜９０％、より好ましくは７５〜８８％である。最終的な冷間圧延された、焼きなました製品の異方性は、冷間圧下率の量により少なくとも部分的に異なる。焼きなまし処理との組合せで、冷間圧下率は、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７５％にすべきであることが分かった。工程ｃ．の冷間圧下率は、好ましくは１処理工程で、例えば多段(multi-stand)圧延ミルで、または可逆冷間圧延ミルで、達成するが、工程ｃは、２つの分離した冷間圧延工程からなり、これらの２つの分離した冷間圧延工程間に中間の再結晶焼きなましを置くこともできる。これは、あまり強力ではない冷間圧延ミルに特に好適である。しかし、冷間圧延変形の合計は単一の冷間圧延工程と等しい。
【００２６】
本発明の一実施態様では、封じ込め装置中の鋼が、少なくとも２０体積％のマルテンサイト相を含んでなり、残りが好ましくは少なくとも６０体積％のフェライトを含んでなる。マルテンサイト含有量の増加により、確実に強度がさらに増加する。この実施態様では、得られる構造は一般的に二重相構造と呼ばれるが、ベイナイトおよび／または残留オーステナイトのような他の相も、二重相鋼に関連する有益な特性に影響を及ぼさない量ではあるが、これらの鋼の中で可能であることが知られている。この実施態様で、フェライト含有量は、マルテンサイト相の十分な硬度を確保するには、少なくとも６０％であることが必要である。焼きなましの際、および冷却の際の変換により、炭素がフェライトから拒絶され、残留オーステナイト中に濃縮する。炭素濃縮が十分であり、冷却速度が十分に高い場合、オーステナイトは、さらなる冷却によりマルテンサイトに変換されることがある。マルテンサイトの硬度は、少なくとも部分的に炭素含有量によって異なる。二重相構造の成形性は優れており、フェライトマトリックス中に埋め込まれたマルテンサイトの存在により、低い初期降伏応力が確保されるのに対し、材料の最終的な強度は高い。変形後、すなわち封じ込め装置の形成後、降伏強度は著しく増加しており、それによって、増加した降伏応力を超えるまで、可塑的変形が起きないので、材料の、弾性応力を調整する能力が増加する。
【００２７】
本発明の一実施態様では、封じ込め装置中の鋼は、少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％のマルテンサイト相を含んでなる。このマルテンサイトの非常に高いレベルにより、非常に高い強度、および非常に高い降伏応力が確保される。マルテンサイト相自体の硬度は、マルテンサイト画分が増加するにつれて、マルテンサイト中の炭素含有量が低くなるために、減少するが、それでも大量のマルテンサイトが確実に強度を大きく増加させる。この高いマルテンサイト含有量を達成するには、工程ｄの連続焼きなましを、Ａｃ３に近いか、またはさらにＡｃ３より高い温度に再加熱することにより、行う必要がある。封じ込め装置を形成した後、降伏応力を超えるまで、可塑的変形が起きないので、非常に高い降伏強度が、材料の、弾性応力を吸収する非常に高い能力を確保する。マルテンサイト含有量が高い程、通常は成形性を犠牲にして、材料の強度が高くなる。成形性は限られるが、非常に高い弾性能力が必要とされる場合、必要とされるマルテンサイト含有量は９０％以上でもよい。完全にマルテンサイト系の鋼は、非常に高い強度を確保する。限られた成形性のみ、および非常に高い弾性能力が必要とされる用途には、マルテンサイト系相が９０体積％の鋼から形成された封じ込め装置、あるいは完全にマルテンサイト系の構造も好適であろう。
【００２８】
驚くべきことに、本発明により製造された封じ込め装置は、潜在的な焼成硬化能力が非常に高いことが分かった。成形のための変形を受けている封じ込め装置を例えば１００〜２００℃の温度に加熱することにより、降伏強度の非常に大きな増加を観察できる。このために、従来の材料、例えば所望の析出レベルを達成するために約４００℃の温度にさらす必要があるステンレス鋼、から製造された封じ込め装置に対して重大な利点が得られる。これは、この材料を追加の処理にかける必要があることを意味する。さらに、さらにマイクロシーリングに使用するエラストマーの硬化を、別の処理工程で１００〜２００℃の温度で行う必要がある。本発明の材料の形成された部品を該硬化工程にかける時、固体状態変形加工材料の焼成硬化が起こり、それによって、その部品を形成した後に降伏強度が増加する。ガスケットの場所における温度１００〜２００℃がエンジン中で容易に起こることにも注意すべきである。従って、該材料をエンジンガスケットに使用することにより、追加の処理工程を必要とせずに、降伏強度がさらに増加する。焼成硬化の影響は等方性であるために、この降伏強度の増加は等方性の増加である。
【００２９】
従って、部品形成後の焼成硬化処理ににより、完成した部品中における材料の降伏強度がさらに増加する。
【００３０】
本発明の一実施態様では、鋼に金属被覆を施す。これは、被覆の種類に応じて、連続焼きなましの前または後に行うことができる。被覆は、ＰＶＤのような処理を使用して施すことができるが、好ましい実施態様では、被覆を、好ましくは連続焼きなましの前に、電気めっきにより施す。鋼を第二冷間圧延工程にもかける場合、電気めっき工程は、第二冷間圧延工程の前または後に行うことができる。金属被覆に選択する金属の種類は、封じ込め装置の特殊な必要条件およびその封じ込め装置が機能する環境条件によって異なる。一実施態様では、金属被覆は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｒまたはそれらの合金からなる金属被覆の群から選択される。本発明の好ましい実施態様では、金属被覆は、バリヤー被覆、例えばニッケル系被覆、例えば最小ニッケル含有量が少なくとも約８５％であるニッケル被覆、である。ニッケル被覆は、非常に汎用性の高い被覆であり、高温においても、鋼ストリップを腐食性環境から保護する。別の実施態様では、金属被覆は、鋼に対して犠牲的に作用する、例えばニッケル−亜鉛または亜鉛である。
【００３１】
金属被覆に加えて、またはその代わりに、耐食性または潤滑目的の理由から、封じ込め装置に有機被覆を施すこともできる。
【００３２】
封じ込め装置の表面硬度を増加するために、封じ込め装置の製造方法の一部として浸炭工程または窒化工程を行うことができる。
【００３３】
本発明の一実施態様では、鋼の総窒素含有量が５ｐｐｍを超える、および／または１５０ｐｐｍ以下、好ましくは総窒素含有量が１５〜１２５ｐｐｍ、より好ましくは総窒素含有量が２５〜１００ｐｐｍである。窒素の量は、焼成硬化挙動を制御することができる。
【００３４】
実施態様のいずれかで、鋼を焼戻し圧延して所望の表面品質、粗さ、形状または機械的特性を与えることができ、その際、焼戻し圧下率は、１０％以下、好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは３％以下である。焼戻し圧下率は、好ましくは少なくとも１．５％、より好ましくは少なくとも２％である。焼戻し圧下率が１０％を超えると、冷間圧延工程により引き起こされる異方性が、許容できないレベルに急速に増加する。張力均等化(tension-leveling)処理で置き換えることができる焼戻し圧延処理により、その材料における冷間変形は、潜在的焼成硬化能力を最大限に発揮できる量になる。焼戻し圧下率の下限値を適用し、均質な焼成硬化効果を達成するが、これは、焼戻し圧下率が低すぎるか、またはゼロである場合、形成された部品の変形部分、例えばガスケット中のビード、と、未変形部分との間の焼成硬化効果の差が大きくなりすぎ、形成された部品の疲労敏感度が高くなり、形成された部品の基底降伏強度が低くなるためである。
【００３５】
本発明の第二の態様では、上記の方法により製造された封じ込め装置を提供する。マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相の量に応じて、この封じ込め装置は、高い製造後降伏強度および／または低い特性異方性を与え、経済的に魅力的な材料から製造され、特性は、処理条件によりあまり左右されない。
【００３６】
本発明の一実施態様では、封じ込め装置は内燃機関に使用するガスケットである。
【００３７】
本発明者らは、封じ込め装置、例えば上記のようなガスケット、を製造する場合、形成後の降伏応力が高い封じ込め装置が得られることを見出した。ガスケットを、ガスケットの鋼が少なくとも６０％のフェライト相を含んでなる実施態様により製造する場合、形成前の降伏応力は低いが、形成後の降伏応力は、形成前の降伏応力に対して増加している。ガスケットを、ガスケットの鋼が少なくとも８０％のマルテンサイト相を含んでなる実施態様により製造する場合、形成前の降伏応力がすでに高く、形成後の降伏応力は、形成前の降伏応力に対して増加している。この高い形成後の降伏応力により、ガスケットの良好な疲労特性が得られ、異方性値が低くなる。これらの疲労特性は、エンジンの燃焼室で反復される爆発により、ガスケットにサイクル負荷がかかるために、重要である。鋼に好適な金属被覆を施す場合、ガスケットは、ステンレス鋼ガスケットに匹敵する耐食性を有する。形成後の降伏強度および／または全体的な強度は、材料の潜在的な焼成硬化能力によりさらに増加し得る。本発明者らは、驚くべきことに、本発明の封じ込め装置が、特にその封じ込め装置が大量の、例えば少なくとも８０％のマルテンサイトを含んでなる場合、非常に大きな潜在的焼成硬化能力を有することを見出した。この焼成硬化は、別の所で（すなわちガスケットをエンジンに取り付ける前に）、またはその場で（すなわちガスケットをエンジンに取り付けた後に）、行うことができる。後者の場合、エンジンから発生する熱により、焼成硬化工程を行うことができる。ガスケット製造中の変形量は限られており、局所的であるので、ガスケットに形成すべき材料を焼戻し圧延または張力均等化処理にかけ、上記のような焼成硬化効果を促進しておくのが好ましい。これは、ガスケット形成後の、ガスケットの変形部分と未変形部分との間の焼成硬化効果の差を制限するのに重要である。
【００３８】
本発明の一実施態様では、封じ込め装置は、リムファイアー式弾薬用カートリッジである。そのようなカートリッジは、シート金属からカップを引き抜き、さらにカートリッジに形成することにより、製造することができる。この種の製法では、材料の耳形成特性が低い、すなわち材料のシート内または平面的異方性が低いことが重要である。カートリッジ形成後、カートリッジ壁の材料は大きく変形している。従って、その材料は降伏応力が非常に高い。カートリッジを小火器におけるリムファイアー式弾薬カートリッジとして使用する場合、カートリッジは、カートリッジ中の爆薬の爆発により非常に大きな負荷持続にさらされる。爆発の際、カートリッジは、小火器の胴の後ろ側を確実に密封し、ガスが後ろ側から逃げるためにエネルギーが失われるのを阻止する必要がある。この密封は、爆発の際にカートリッジが弾性的に膨脹することにより、確保される。爆発の後、カートリッジは元に戻り、カートリッジを胴から容易に取り出すことができる。形成後の高い降伏強度により、爆発の際に、胴の中で粘着を引き起こすことがあるカートリッジの可塑的変形を起こさずに、必要なカートリッジの弾性膨脹が得られる。カートリッジを製造する際の変形量は非常に大きいので、上記の焼成硬化効果を促進するための焼戻し圧延または張力均等化処理の重要性は低くなるが、材料の平面性または粗さには好適である場合がある。
【００３９】
本発明の一実施態様では、封じ込め装置がバッテリー用のケースである。そのようなバッテリーケースは、弾薬用カートリッジを形成する方法とあまり異なっていない方法で、シート金属からカップを引き抜き、さらにケースに形成することにより、製造することができる。バッテリーケースでも、材料の耳形成特性が低い、すなわち材料のシート内異方性が低いことが重要である。耳形成特性が高い程、最終的な形成工程の後にケース（またはカートリッジ）から切り取るべき材料がより多く必要となる。ケースを形成した後、ケースの壁における材料は大きく変形している。従って、この材料は非常に高い降伏強度を有する。カップの底部における材料は、特にＤＷＩ製法では、はるかに少ない変形を受けており、底部の残留厚さが大きくなる。このケースを使用してバッテリーを形成する場合、バッテリーは、膨らまずに、非常に高い内圧に耐えなければならない。バッテリーが膨脹すると、バッテリーの外観が損なわれ、膨脹の結果、直径が大きくなり、バッテリーが装置、例えばトーチ、のバッテリー室に粘着することがある。バッテリーが底部で膨脹すると、バッテリーの外観が損なわれ、バッテリーがバッテリー室に粘着することがある。壁の降伏応力が高いために、バッテリー壁の厚さを減少させ、それによって、バッテリーの容量を高くすることができる。これは、ケースの内側容積が大きくなる結果である。高い壁強度により、ケースの小さな厚さが補償される。ケースを製造する際の変形量が非常に大きいので、上記の焼成硬化効果を促進するための焼戻し圧延または張力均等化処理の重要性は低くなるが、材料の平面性または粗さには適切である場合がある。
【００４０】
一般的に、本発明の封じ込め装置は、高温および／または高圧密封用途向けの絶縁バリヤー材料から製造する。従って、本発明は、上記の方法により該絶縁バリヤー材料を製造する方法でも具体化される。
【００４１】
上記の最終圧延工程後における鋼ストリップの厚さは、１．５ｍｍ未満、好ましくは０．７５ｍｍ未満である。この厚さは好ましくは少なくとも０．１０ｍｍである。好ましい厚さ範囲は、用途の種類によって異なる。封じ込め装置のガスケットとしての用途には、好ましい厚さ範囲は０．１５〜０．６０ｍｍである。封じ込め装置のリムファイアー式弾薬カートリッジとしての用途には、好ましい厚さ範囲は０．３５〜０．５０ｍｍであり、封じ込め装置のバッテリーケースとしての用途には、好ましい厚さ範囲は０．１５〜０．２５ｍｍである。
【００４２】
本発明の具体的な実施態様を下記の非限定的な例により説明する。
【００４３】
下記の鋼を連続的に鋳造し、通常の熱間圧延手順により、８８インチ高温ストリップミル中で４．５ｍｍ（例１）または３．０ｍｍ（例２）に熱間圧延し、続いて工業的タンデム冷間圧延ミル中で０．９６ｍｍに冷間圧延した。
【００４４】
表１  試験合金の化学組成（質量％）

Ｃ        Ｍｎ      Ｓｉ      Ｐ        Ｃｒ      Ｎ    
例１    0.09      1.72      0.26      0.02      0.58      31    
例２    0.15      1.49      0.42      0.02       -        30    
例３    0.26      1.45      0.30      0.05       -        45    
これらの鋼は、工程ｄ．で、下記の３種類の焼きなまし処理にかけた。
−サイクル＃１、請求項３の実施態様、少なくとも８０％マルテンサイト
−サイクル＃２、請求項２の実施態様、少なくとも６０％フェライトおよび２０％マルテンサイト
−サイクル＃３、請求項２の実施態様、少なくとも６０％フェライトおよび２０％マルテンサイト
【００４５】
表２  成形前の引張特性、例１、工程ｄの後（中央線厚さにおける、ＲＤ＝圧延方向、ＴＤ＝横方向）

サイクル    向き    降伏応力    引張応力    一様な伸長    総伸長  
[MPa]       [MPa]          [%]       A80[%]  
＃１        ＲＴ      615         904           6.2        10.1   
＃１        ＴＤ      545         845           6.6         9.1   
＃２        ＲＴ      353         743          13.9        20.4   
＃２        ＴＤ      355         756          12.7        16.0   
＃３        ＲＴ      300         672          13.4        17.2   
＃３        ＴＤ      309         675          14.6        21.1   
【００４６】
表３  成形前の引張特性、例２、工程ｄの後（中央線厚さにおける）

サイクル    向き    降伏応力    引張応力    一様な伸長    総伸長  
[MPa]       [MPa]          [%]       A80[%]  
＃１        ＲＴ      405         801          14.9        19.4   
＃１        ＴＤ      423         797          11.4        15.8   
＃２        ＲＴ      318         760          18.3        22.4   
＃２        ＴＤ      328         758          14.6        15.4   
＃３        ＲＴ      322         689          18.3        22.4   
＃３        ＴＤ      340         686          16.1        20.3   
【００４７】
例２の組成物で２．０ｍｍ熱間圧延した交際片から出発して、追加の実験を行った。ｒ−値およびΔｒ−値に関する値は、通常の様式で、圧延方向に対して角度０°、４５°および９０°で採取した試料から測定した。
【００４８】
表４  成形前の引張特性、工程ｄの後（中央線厚さにおける、圧延方向に対して９０°、ｒ−値およびΔｒ−値）

マルテンサイト  冷間圧延    冷却        降伏応力  引張強度  ｒ−値  Δｒ−値  
画分[%]         加工度[%]   ファクター    [MPa]     [MPa]                     
<20               80        394         383       715      0.61      0.09   
<20               88        295         416       621      0.80     -0.60   
>80               47        592         462       762      0.97     -0.16   
>80               68        547         746      1015      0.85     -0.23   
>80               88        454         879      1185      0.98     -0.23   
【００４９】
冷却ファクターは、焼きなまし後の冷却速度の尺度である。冷却ファクターが高い程、冷却速度が高い。これらの実験で得られた典型的な冷却速度は、約１００〜２００℃／ｓである。熱間圧延したストリップは厚さが２．０ｍｍであった。冷間圧下率が高い程、強度が高いことが明らかである。また、冷却ファクターが高い程、冷却速度が高く、従って、強度が高い。
【００５０】
表５  例２の成形前引張特性、工程ｄの後（中央線厚さにおける、圧延方向に対して９０°、ｒ−値およびΔｒ−値）

マルテンサイト  冷間圧延    冷却        降伏応力  引張強度  ｒ−値  Δｒ−値  
画分[%]         加工度[%]   ファクター    [MPa]     [MPa]                     
>80               80        260         539       660      1.21     -0.23   
>80               80        283         586       679      1.07      0.08   
>80               80        306         594       739      1.21     -0.22   
>80               80        326         614       744      1.02     -0.34   
>80               80        381         720       929      1.10     -0.25   
>80               80        453         839      1058      0.63     -0.41   
【００５１】
表５から、強度は、冷却ファクターの増加と共に増加することが明らかである。
【００５２】
表４および５における材料から製造された封じ込め装置は、上記の全ての用途、例えばガスケット、で、優れた収容性能を示した。非常に高い成形後の降伏強度が、低い異方性および優れた疲労特性と組み合わされていた。
【００５３】
表６  例２の鋼を連続焼きなましラインで様々な温度で焼きなましにかけ、様々な冷却速度で冷却し（a.u.は任意の単位であり、冷却速度は冷却力、ストリップの厚さおよびライン速度によって変化する）、ＷＨは、焼成硬化前の２％変形の結果起こる加工硬化であり、ＢＨ０およびＢＨ２の値は、１７０℃で２０分後に測定した。
【表１】
2008518102.tif 000002
【００５４】
表６のデータから、マルテンサイト系マトリックス多相材料における焼成硬化効果は特に強力であることが明らかである。２％加工硬化および焼成硬化処理の総効果は、ＭＭＢ（３４４ＭＰａ）およびＭＭＣ（４００ＭＰａ）に対して３００ＭＰａを超える値になる。
【００５５】
表７  フェライトマルテンサイト二重相Ｅ鋼（ＦＭＤＰ  Ｅ）およびマルテンサイト系多相Ｃ（ＭＭ  Ｃ）鋼の冷間圧延の際に３方向（圧延方向に対して角度０°、４５°および９０°における引張軸）で観察された強度および延性における変化の概観

鋼の種類／          引張強度Ｒｍ           総伸長             降伏強度
第二冷間               (MPa)              A50(%)              (MPa)           
圧延工程(%)   Rm0°   Rm45°  Rm90°  0°   45°  90°   Rp0°  Rp45° Rp90° 
FMDP E/0      776     763     783     23    22    23     319    317    325    
FMDP E/10     858     840     844     17    13    16     746    667    620    
FMDP E/20     942     930     931      5     3     9     894    751    681    
FMDP E/30     999     966     983      3     5     3     921    783    745    
FMDP E/40     1090    1037    1070     4     4     4     944    844    853    
FMDP E/50     1111    1100    1089     5     6     6     981    867    815    
MM C/0       1120    1106    1075     6     3     2     887    843    864    
【００５６】
表７のデータから、焼きなました状態におけるマルテンサイト系マトリックス多相鋼に対して観察される降伏強度における異方性は、５０％冷間圧延されたＦＭＤＰ  Ｅ（すなわち焼きなましたＭＭ  Ｃ／０の強度と匹敵する強度を示す冷間圧延条件）で得られた値よりはるかに低いことが明らかである。焼きなました状態で観察される降伏強度変動は、５０％冷間圧延されたＤＰに関して報告されている１００〜２００ＭＰａではなく、２０〜４５ＭＰａのオーダーにある。異方性は、冷間変形値２０％で最大になり、それより高い変形では安定化することも明らかである。最初の１０％冷間変形における降伏強度の増加は著しいのに対し、より高い値におけるさらなる増加はあまり強くない。
【００５７】
表６と７の結果を組み合わせることにより、焼きなましたマルテンサイト系マトリックス多相鋼の種類は、すでに高い等方性基底強度および十分な成形性を有するのに対し、それが封じ込め装置、例えばガスケット、に変形された後は、焼成硬化効果を生じ、降伏強度がさらに等方性増加し、従って、優れた等方性疲労特性を生じることが分かる。ＭＭ  Ｃ／０を２％の代わりに３％の前変形にかけると、ＷＨ値が２８９ＭＰａになり、ＢＨ３値が１７４ＭＰａになる。
【００５８】
小さな変形、例えば焼戻し圧延中に起こるような変形の影響に関するより詳細な研究により、焼戻し圧延の量は、好ましくは１０％以下、好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは３％以下にすべきであることが分かった。焼戻し圧延の量は、好ましくは少なくとも１．５％、より好ましくは少なくとも２．０％である。表７に示すように、焼戻し圧延値が１０％を超えると、冷間圧延工程により引き起こされる異方性が許容できないレベルに急速に増加するのに対し、降伏応力の増加が非常に急速に飽和する。従って、降伏強度の増加と低い異方性および良好な潜在的焼成硬化能力の組合せが、この項に記載する範囲内における焼戻し圧延処理により得られる。
【００５９】
無論、本発明は、上記の実施態様および例限定されるものではなく、説明および請求項の範囲内にある実施態様のすべてを包含する。
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月22日(2006.7.22)
【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】
封じ込め装置の製造方法であって、
ａ．（質量％）で
−Ｃ    ０．０５％〜０．４％、
−Ｓｉ  ２．０％以下、
−Ｍｎ  ２．０％以下、
−Ｐ    ０．１％以下、
−Ｎ    ２００ｐｐｍ以下、
所望により、質量基準で、
−少なくとも一種の、Ｃｒ１．０％未満、Ｍｏ１．０％未満からなる群から選択される成分、および／または
−少なくとも一種の、Ｎｂ０．１％未満、Ｔｉ０．１％未満、Ｖ０．１％未満からなる群から選択される成分
−残部鉄および不可避不純物
からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、
ｂ．前記スラブを再加熱した後、または前記スラブを高温装入することにより鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後の前記スラブを直接圧延することにより、前記スラブをストリップに熱間圧延し、続いて前記ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、
ｃ．前記ストリップ鋼を厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、
ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷し、所望により続いて焼戻し圧延することにより、連続焼きなましする工程、
ｅ．前記封じ込め装置を製造する工程
を含んでなり、前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、前記封じ込め装置の特性異方性が低い、方法。
【請求項２】
前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも２０体積％のマルテンサイト相を含んでなり、残りが好ましくは少なくとも６０体積％のフェライトを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも８０体積％、好ましくは少なくとも９０体積％のマルテンサイト相を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記鋼に、好ましくは電気めっきにより、金属被覆が施される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記金属被覆が、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｒまたはそれらの合金からなる金属被覆の群から選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記金属被覆が、ニッケル系被覆、例えば、好ましくは最小ニッケル含有量が少なくとも約８５％である、ニッケル被覆である、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記鋼がアルミニウムを含まないか、またはアルミニウム−ケイ素を含まない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記鋼の総窒素含有量が５ｐｐｍを超える、および／または１５０ｐｐｍ以下である、好ましくは前記総窒素含有量が１５〜１２５ｐｐｍである、より好ましくは前記総窒素含有量が２５〜１００ｐｐｍ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】
前記鋼が、連続焼きなましの後に焼戻し圧延され、前記焼戻し圧下率が、好ましくは１０％以下および／または少なくとも１．５％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のいずれか一項により製造された封じ込め装置。
【請求項１１】
前記封じ込め装置が、ガスケット、好ましくは内燃機関ガスケットである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１２】
前記封じ込め装置が、リムファイアー式弾薬用のカートリッジである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１３】
前記封じ込め装置が、バッテリーケースである、請求項１０に記載の封じ込め装置。
【請求項１４】
高温および／または高圧密封用途向けの絶縁バリヤー材料の製造方法であって、
ａ．（質量％）で
−Ｃ    ０．０５％〜０．４％、
−Ｓｉ  １．０％以下、
−Ｍｎ  ２．０％以下、
−Ｐ    ０．１％以下、
−Ｎ    ２００ｐｐｍ以下、
所望により、質量基準で、
−少なくとも一種の、Ｃｒ１．０％未満、Ｍｏ１．０％未満からなる群から選択される成分、および／または
−少なくとも一種の、Ｎｂ０．１％未満、Ｔｉ０．１％未満、Ｖ０．１％未満からなる群から選択される成分
−残部鉄および不可避不純物
からなる化学組成を有する鋼スラブを用意する工程、
ｂ．前記スラブを再加熱した後、または前記スラブを高温装入することにより鋳造熱を利用して、もしくは鋳造後の前記スラブを直接圧延することにより、前記スラブをストリップに熱間圧延し、続いて前記ストリップをコイル巻き温度に冷却し、続いてコイル巻きする工程、
ｃ．前記ストリップ鋼を厚さ減少率４０〜９５％で冷間圧延し、冷間圧延されたストリップを形成する工程、
ｄ．Ａｃ１を超える温度に再加熱し、少なくとも５秒間均質化させ、続いて急冷することにより、連続焼きなましする工程、
ｅ．封じ込め装置を製造する工程
を含んでなり、前記封じ込め装置中の前記鋼が、少なくとも１０体積％の、マルテンサイトおよびベイナイトからなる相群から選択された少なくとも一つの相を含んでなり、前記封じ込め装置の特性異方性が低い、方法。
【国際調査報告】
2008518102.tif 000003
2008518102.tif 000004
2008518102.tif 000005