(57)【要約】本発明は炭素０.０９〜０.１３％、珪素０.１５〜０.５％、マンガン１.１〜１.８％、燐最大０.０２％、硫黄最大０.０２％、クロム１〜２％、モリブデン０.２〜０.６％、アルミニウム０.０２〜０.０６％、バナジウム０.１〜０.２５％、および鉄からなり、残りが通常の不純物である鋼合金に関する。本発明は特に圧力ガス容器を製造するための、保護ガス下で空気焼き入れした管の材料としてのまたは軽量鋼構造における成形部品を製造するための材料としての前記鋼合金の使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量割合として、炭素０.０９〜０.１３％、珪素０.１０〜０.５０％、マンガン１.１０〜１.８０％、燐最大０.０２％、硫黄最大０.０２％、クロム１.００〜２.００％、モリブデン０.２０〜０.６０％、アルミニウム０.０２〜０.０６％、バナジウム０.１０〜０.２５％、鉄および残部として通常の不純物からなる鋼合金の、圧力ガス容器を製造するための、保護ガス下で空気焼き入れした管の材料としてのまたは軽量鋼構造における成形部品を製造するための材料としての使用。
【請求項２】
質量割合として、炭素０.０９〜０.１２％、珪素０.１５〜０.３０％、マンガン１.４５〜１.６０％、燐最大０.０１５％、硫黄最大０.０１１％、クロム１.２５〜１.５０％、モリブデン０.４０〜０.６０％、アルミニウム０.０２〜０.０６％、バナジウム０.１２〜０.２０％、銅最大０.２０％、ニッケル最大０.７０％、鉄および残部として通常の不純物からなる鋼合金の、圧力ガス容器を製造するための、保護ガス下で空気焼き入れした管の材料としての使用。
【請求項３】
最大０.２％のニッケル含量を有する請求項２記載の鋼合金の使用。
【請求項４】
質量割合として、炭素０.０９〜０.１３％、珪素０.１５〜０.３０％、マンガン１.１０〜１.６０％、燐最大０.０１５％、硫黄最大０.０１１％、クロム１.００〜１.６０％、モリブデン０.３０〜０.６０％、アルミニウム０.０２〜０.０５％、バナジウム０.１２〜０.２５％、残部鉄および溶融に帰因する不純物からなる鋼合金の、空気焼き入れした状態で８５０Ｎ／ｍｍ２より大きい引張り強さＲｍ、７００Ｎ／ｍｍ２より大きい降伏点Ｒｐ０.２および１５％より大きい伸びＡ５を有する軽量鋼構造における成形部品を製造するための材料としての使用。
【請求項５】
空気焼き入れした状態で９５０Ｎ／ｍｍ２より大きい引張り強さＲｍ、７００Ｎ／ｍｍ２より大きい降伏点Ｒｐ０.２および１４％より大きい伸びＡ５を有する軽量鋼構造における成形部品を製造するための材料としての請求項４記載の鋼合金の使用。
【請求項６】
成形部品が高温亜鉛メッキされている条件での請求項４または５記載の目的のための請求項１記載の鋼合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力ガス容器を製造するための管の材料としてのまたは軽量鋼構造における成形部品を製造するための材料としての鋼合金の使用に関する。
【０００２】
圧力ガス容器は一般に例えばＳｔ５２−３またはＳＴＥ４６０のような炭素鋼から標準的に焼き鈍した状態で製造する。圧力の高さの要求のほかに質量の要求を節約することが存在する場合は、ＳＡＥ１５１３のような液体硬化性焼き入れ鋼を使用する。
【０００３】
圧力ガス容器の製造の流れに沿って一般に管部分を熱変形し、その際圧力ガス容器の首および底面が形成される。底面中心を引き続き閉鎖する。
【０００４】
技術水準には更に溶接した底面を有する圧力ガス容器を形成することが含まれる。
【０００５】
圧力ガス容器を製造に関係なく引き続き油焼き入れまたは水焼き入れし、更にサンドブラストし、最後に圧力試験する。
【０００６】
前記方法は油焼き入れおよび水焼き入れの際に圧力ガス容器の内部空間が酸化膜で被覆される結果を生じる。従って酸化物被膜をかなり費用のかかる処理工程でサンドブラストにより除去しなければならない。更に油冷却の健康に有害な作用が指摘される。更に液体硬化の際に圧力ガス容器の幾何学的形状（中空体）により硬度値のかなり大きい散乱を考慮しなければならない。
【０００７】
ドイツ特許（ＤＥ−Ｃ１）第１９５３３２２９号から保護ガス下で空気焼き入れした圧力容器の材料としての鋼合金の使用が公知である。
【０００８】
特に高価な合金元素ニッケルを有するこの鋼合金の場合に、圧力容器の製造の直後に空気焼き入れを行うことができる。このために必要な粘性を達成するために、空気焼き入れ後に圧力容器を付加的な作業工程で焼き戻すことが必要である。この焼き戻し工程は表面の煤での汚れと結び付き、清潔な表面に対する要求を妨げる。
【０００９】
この材料が、高い炭素含量により、圧力容器を製造する場合に経済性を高めるために必要な、混合ガスでの金属活性溶接（ＭＡＧ）またはレーザービーム溶接のような急速溶接法に適していないことがかなり不利であり、それというのも亀裂形成の不安が存在するからである。
【００１０】
更に１４００Ｎ／ｍｍ２の引張り強さＲｍ、１１００Ｎ／ｍｍ２の降伏点Ｒｐ０.２および８％の伸びＡ５を有する水焼き入れ可能な細粒鋼は技術水準に属する。この種の細粒鋼はしばしば軽量鋼構造、特に自動車部品における成形部品を製造するために使用される。水でのみ焼き入れできるかまたは型内で焼き入れできることがこの鋼材料で問題である。これは一般に費用がかかる。しかしこの鋼材料は焼き入れしなければ十分な強度を有しない。しかし焼き入れしても酸化物皮膜により問題が生じる。この皮膜はかなり長い酸での洗浄工程によってのみ取り除かれる。酸での洗浄工程は再び水素脆弱化を生じる。更に焼き入れした成形部品を溶接により互いに接合する場合に、溶接の継ぎ目により形成される熱流入帯域での著しい強度の損失が認められる。確かに多くの単一部品からなる成形部品の完全な焼き入れも考えられる。しかしその場合に完全な成形部品の一般に避けられないゆがみに関する問題が生じる。最後に公知の鋼材料の場合に火炎亜鉛メッキのような高温亜鉛メッキによるかなりの強度の損失が生じることがなお認められる。しかしこの亜鉛メッキはまさに自動車構造の成形部品の場合に腐食保護に関して少ない層厚が求められる。
【００１１】
６００Ｎ／ｍｍ２の引張り強さＲｍ、４００Ｎ／ｍｍ２の降伏点Ｒｐ０.２および２０％の伸びＡ５を有する二相鋼の場合に基礎強度が低すぎる。強度の増加は高い変形程度により達成できるが、特に自動車構造の多くの成形部品において意図されていない。この鋼材料において高温亜鉛メッキの際にかなりの構造の変化が避けられない。
【００１２】
７００Ｎ／ｍｍ２の引張り強さＲｍ、４８０Ｎ／ｍｍ２の降伏点Ｒｐ０.２および２４％の伸びＡ５を有するＴＲＩＰ鋼として知られる鋼材料（多相鋼）において同様に基礎強度が低すぎる。二相鋼の場合と同様に高い変形程度により強度の増加が達成できるが、特に自動車構造の種々の成形部品において好ましくない。かなりの範囲の構造の変化が高温亜鉛メッキの際に同様に予測される。そのほかこの鋼材料において溶接継ぎ目および熱流入帯域での強度の変化が問題である。
【００１３】
最後に８００Ｎ／ｍｍ２の引張り強さＲｍ、３７０Ｎ／ｍｍ２の降伏点Ｒｐ０.２および５３％の伸びＡ５を有する特殊鋼を使用することが技術水準に属する。しかし特殊鋼は低い基礎強度できわめて高い材料費用を意味する。更に特殊鋼の場合に強度の増加が高い変形程度によってのみ達成されるが、自動車構造の部品の場合に常に実現できるわけでない。
【００１４】
最後に、質量割合として、炭素０.０９〜０.１２％、珪素０.１５〜０.３０％、マンガン１.１０〜１.６０％、燐最大０.０１５％、硫黄最大０.０１１％、クロム１.００〜１.６０％、モリブデン０.３０〜０.６０％、アルミニウム０.０２〜０.０５％、バナジウム０.１２〜０.２５％、残部鉄および溶融に帰因する不純物からなる鋼組成物が欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第１１４３０２２号、欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第１０４１１６７号および欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第１０５２３０１号から公知である。
【００１５】
本発明の課題は、技術水準から出発して、公知の鋼材料の使用範囲を、一方で軽量鋼構造のために、高い強度と高い耐久性を有する薄い壁の成形部品もしくは溶接部品が製造できるように、他方で製造工程の後におよび溶接の後に熱処理を必要とせずに、圧力ガス容器、特に圧力ガスボンベを少ない材料費用で、簡単にかつ経済的に製造できるように拡大することである。
【００１６】
前記課題は請求項１に記載される特徴により解決される。
【００１７】
ここに特徴付けられる鋼の使用は、まず圧力容器の製造に関して、半製品、管の最終的な熱処理を進行中に行い、焼き戻しを省ける利点を有する。清潔な煤のない管が得られる。これにより製造費用が低下する。
【００１８】
高価な合金元素ニッケルの省略およびクロム含量の減少により鋼をかなり安く提供できる他の利点が存在する。
【００１９】
本発明による鋼合金はＭＡＧまたはレーザービーム溶接のような急速な溶接法に十分に適しており、かなりの範囲で圧力ガス容器を製造する際に費用の低下に寄与する。
【００２０】
溶接技術ＭＡＧＭでの溶接試験により、溶接継ぎ目の部分で低い硬度が存在し、基礎材料への移行部分および熱流入帯域で硬化が行われることが示される。熱流入帯域でのきわめて有利な硬度の増加はここで行われる析出硬化に帰因する。析出硬化により基礎材料で引張り試験の際に管が裂けるが、溶接の継ぎ目の部分では裂けない。溶接の継ぎ目は低い硬度を有するが、この特性は大きい断面により相殺される。亀裂形成の不安が存在しない。溶接の後に他の熱処理（応力低減焼き鈍し）が必要でない。
【００２１】
本発明による鋼を使用して、９５０Ｎ／ｍｍ２以上の引張り強さＲｍおよび１４％以上の伸びＡ５での７００Ｎ／ｍｍ２以上の降伏点Ｒｐ０.２を調節することができる。
【００２２】
内部試験により本発明の鋼が３５Ｊ／ｃｍ２以上のＩＳＯＶによる−４０℃での必要な切り欠き靱性を有することが示された。
【００２３】
高く、均一な強度値および降伏点値および切り欠き靱性の達成に帰因して、管の空気焼き入れによってのみ、本発明の範囲で、これにより達成される費用の節約が大量生産の製品、例えばエアーバッグシステムの反応容器として、消火器としてまたは飲料自動販売機内の圧力ガスボンベとして圧力ガス容器を製造する場合に特別な意義を達成するという重要な利点が達成される。
【００２４】
本発明による分析で継ぎ目のない精密鋼管から圧力ガス容器を製造する場合に、加熱圧延した継ぎ目のない出発管をまず軟化焼鈍し、引き続き酸で洗浄し、燐酸塩で処理し、洗鉱する。引き続き引き出した後に保護ガス下、連続加熱炉内で９５０±１５℃で空気焼き入れする。その後精密鋼管を配列し、試験、特に超音波試験および／または渦流試験を行う。
【００２５】
これに続いて細長く切った後に、それぞれ切断した管断片から変形によりまず圧力容器の底面および首を製造する。その後圧力ガス容器を仕上げる。
【００２６】
仕上げの他の変形において底面の溶接によりそれぞれの圧力ガス容器を製造する。
【００２７】
継ぎ目のない出発管の代わりに縦の継ぎ目を溶接した出発管も使用できる。
【００２８】
本発明による使用は、更にクラッシュエネルギーを変化しないために、一定の強度のほかに一定の柔軟性（可塑的変形の保存）が必要とされる、軽量鋼構造の成形部品、特にクラッシュボックス、ロールバー、側面跳ね返り部品または柱補強部品のようなクラッシュに関係する自動車部品に有利である。最も高い強度の鋼は制限付きでのみ部品に変形することができ、クラッシュの場合にかなり少なく可塑的に変形するという欠点を有する。
【００２９】
圧力ガス容器の製造に関する本発明の基本思想の有利な構成は請求項２の特徴にあり、特に圧力ガス容器の壁厚が少なくとも２ｍｍである場合である。
【００３０】
圧力ガス容器の壁厚が２ｍｍ未満である場合に、請求項３の特徴が有利に使用される。
【００３１】
軽量鋼構造の成形部品を製造するための他の有利な使用は請求項４および５の特徴に認められる。
【００３２】
鋼合金の合金元素の意図的な調節は一般に
ａ）空気硬化および空気焼き入れ状態での安定なベイナイト基礎構造による動的強度でのピークの調節
ｂ）最も高い静的強度と同時に良好な伸び
ｃ）溶接接合での強度安定な熱流入帯域の焼き戻し安定性
のような、目的とする特性を生じる。
【００３３】
実際の使用から軽量鋼構造の鋼合金のニッケル部分を回避するかまたは最小にすることが目的である場合は、使用される鋼合金は基本的に最大０.２０％までの少ないニッケル部分を有することができる。この部分は鋼合金が溶融する際に鋼くずの使用から生じる。同じことがくずの使用により生じる銅に該当するが、最大０.２０％に限定すべきである。
【００３４】
しかし特に興味深い構成は請求項６の特徴にある。
【００３５】
約６００℃での高温亜鉛メッキが軽量鋼構造の成形部品を製造するための本発明により使用される空気焼き入れまたは空気硬化した鋼材料の強度に不利に影響しないことが核心である。高温亜鉛メッキの影響は空気硬化した部品の場合と逆に有利に影響し、それというのも温度の供給によりこの部品が空気焼き入れして高い耐久性により特徴付けられる状態に移行するからである。更に使用される高温亜鉛メッキによりそれぞれの成形部品は、十分な長時間腐食保護とそれにもかかわらず少ない亜鉛質量ですませるために、約２０μｍの少ない層厚の亜鉛のみを有することができる。従って本発明は特に自動車構造の成形部品にますます求められる軽量構造目的に特に有利である。
【００３６】
軽量鋼構造の特に薄い壁の成形部品を製造するための鋼材料の使用は、許容できる伸びで高い基礎強度を生じる。熱流入帯域の硬化は溶融結合の申し分のない強度を保証する。少ない亜鉛質量は高温亜鉛メッキによる十分な腐食保護を有して少ない層厚により保証される。
【００３７】
特にこの本発明による変形は軽量鋼構造、この場合にまさに自動車構造の成形部品、有利にハンドルまたは軸支持体のような車台部品の製造に有利である。これらの部品において軽量構造および極端な条件下の腐食保護および動的負荷での耐久性の基準が重要である。選択的にアルミニウムでの可能な等価の解決はこの関係で本発明により提案される解決に比べてかなりの多くの費用と結びつく。
【国際調査報告】
2006503175.tif 000002
2006503175.tif 000003
2006503175.tif 000004
2006503175.tif 000005