(57)【要約】  本発明は、オーステナイト系微細構造を有する材料で作られ高加工硬化率を有する部材の製造方法に関する。冷間加工で硬化した部材(1)の材料を熱処理して、当初の高強度材料よりも高延性および低強度である少なくとも１つの軟化領域(2)を、軟化領域(2)に必要な部材の材料の一部分を熱処理することによって成形する。本発明は部材の使用にも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系微細構造を有する材料で作られ高加工硬化率を有する部材の製造方法であって、冷間加工で硬化した部材(1)の材料を熱処理して、当初の高強度材料よりも高延性および低強度である少なくとも１つの軟化領域(2)を、該軟化領域(2)に必要な前記部材の材料の一部分を熱処理することによって成形することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記材料はマンガンの含有量が10〜25重量％、好ましくは15〜20重量％であり、ならびに窒素および炭素の合計含有量(C+N)が0.4〜0.8重量％であり、前記材料をTWIP効果によって加工硬化することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記材料をTWIP効果およびTRIP効果の組合せによって加工硬化することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記材料はニッケルの含有量が4.0〜9.5重量％、好ましくは4.5〜6.5重量％であり、前記材料をTWIP効果によって加工硬化することを特徴とする方法。
【請求項５】
前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記熱処理は、800〜1250℃、好ましくは900〜1150℃の温度範囲で焼き鈍すことによって行うことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しを180〜220℃の温度範囲における炉内での後続する陰極浸漬被覆と組み合わせることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しを２つの成形工程の間に行い、その場合、焼鈍しによって軟化した領域が再び成形されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しを抵抗、ビームまたはアークでの溶接工程による溶接と関連して行うことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しを誘導加熱によってまたは導電加熱によって行うことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しをプレス硬化中における熱処理炉内で行うことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記請求項１ないし５のいずれかに記載の方法において、前記焼鈍しを部材のレーザまたは電子ビーム加工中に行うことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記材料は、薄板、コイル、パネル、厚板、管、プロファイル、リベットまたはワイヤの形状をしていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記加工硬化する材料は12〜20重量％、好ましくは14〜16重量％のクロムを含有するステンレス鋼であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
シャーシ部、コントロールアームもしくは緩衝器などの自動車車体の疲労関連部材もしくは同種のものとして、バンパ、クラッシュボックス、横材、ピラーおよび導管などの自動車車体の圧潰に関わる安全部材として、ストラットドーム、ホイールハウスもしくはバックシート構造などの自動車車体における複合部品、薄型部品もしくは複数成形段階を経る部品として、または、縁曲げしていてそぎ端状の部品として、部分的に焼き鈍された特性を有する輸送用途におけるハイドロフォーミングされた部品として、建造物および鉄骨構造物内における成形された薄板、管もしくはプロファイルとしての請求項１に記載の方法に従って製造された部材の使用。
【発明の詳細な説明】
【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、高加工硬化率を有する部材の製造方法、ならびに特に車両、自動車およびトラック工業における当該部材の使用に関するものである。
【０００２】
輸送システムの製造時、特に自動車車体の製造時に、高強度の部分のそばに軟らかい領域が必要である。軟性および延性がより高い材料は、スプリングバックをより低減し、工具の摩耗をより低減し、また複雑な部分が必要となるときに成形レベルを高めるように成形することによって、部材の製造に際して利点がある。延性のある材料を用いた部材の寿命中における利点は、高強度の鋼と比較した場合、疲労挙動の向上、亀裂成長有縁性の低下およびエネルギー吸収の向上である。
【０００３】
しかしながら、延性のある材料は、安全基準および要求される車体の剛性に達するために必要な強度レベルを満たさない。強度が低い材料は、コストをより集約させ、より厚みをもたせて製造しなければならない。材料の厚みが増すことに伴って車体の重量が増加し、これによってCO2排出量および走行コストが増加する。
【０００４】
欧州特許出願公開第2264193 A1号および米国特許出願公開第2012006089 A1号は、プレス硬化工具の焼戻し領域での熱成形工程中におけるいわゆる調整された焼戻しについて記載している。したがって、22MnB5鋼のフェライト−マルテンサイト系微細構造は、修正熱間成形工程中に（完全な）オーステナイト化を部分的に防ぐことによって修正される。ドイツ特許出願公開第102008027460 A1号は、22MnB5鋼またはTWIP鋼またはTRIP鋼であり得る当初の材料を硬化する熱間成形工程やプレス硬化工程について記載している。硬化レベルに影響を与える点は、特有の昇温および温度レベルである。
【０００５】
米国特許出願公開第2015/0047753号は、延性鋼から部材を生産する方法に関する。この生産方法では、条片または金属シートはオーステナイト化および水冷され、少なくとも部分的にマルテンサイト変態した微細構造が生じる。さらに、Ac1変態温度を下回る成形温度で材料を成形すべく、条片または金属シートは、少なくとも部分的にマルテンサイト変態した微細構造を維持しながらAc1変態温度を下回る成形温度に熱せられる。さらに、処理された材料は金属被覆でコーティングされる。
【０００６】
米国特許出願公開第2013048150号は、マンガン高含有合金鋼のTRIP硬化工程を用いて、特有の脱炭焼鈍し工程によって壁または条片の厚さを調整可能な特性を有する工作物の生産方法に関する。
【０００７】
国際公開第2014/180456号は、単一の材料であるオーステナイト系軽量構造の鋼で、様々な材料特性を有する部材の生産方法について記載している。特有の成形によってコアが生じるが、オーステナイト系軽量構造の鋼は、変態中における温度依存性の変態誘起性塑性（TRIP）効果および／または双晶誘起塑性（TWIP）効果を有する。部材は、常温を超える40〜160℃の温度にわたって強硬度を備えるように、および常温を下回る-65℃〜０℃の温度にわたって高強度を備えるように作られる。米国特許出案公開第2014328715号にも、0.018重量％未満のＣ、0.25〜0.75重量％のSi、1.5〜２重量％のMn、17.80〜19.60重量％のCr、24.00〜25.25重量％のNi、3.75〜4.85重量％のMo、1.26〜2.78重量％のCu、0.04〜0.15重量％のＮを含有し、残余はFeおよび不可避の不純物であるTWIPおよびナノ双晶オーステナイト系ステンレス鋼の生産方法における低温処理が記載されている。
【０００８】
TWIP（双晶誘起塑性）効果は、化学組成、オーステナイト系微細構造硬化効果および積層欠陥エネルギー（20〜30mJ/m2）によって決まる。TWIP効果では、変形双晶の形成によって多くの変形が引き起こされる。双晶形成の瞬間硬化率は、微細構造が細かくなるにつれて高い値になる。結果として得られる双晶境界は粒界のような役割を果たし、鋼を強化する。硬化率の値は、約30％の工学ひずみにおいて0.4に増加し、そして一様伸びおよび全伸びの両方が50％に達するまで硬化率を一定に維持する。
【０００９】
様々な化学組成でTWIP効果を有する鋼種の製造方法は、例えば中国特許公報第103556052号、中国特許公報第102312158号、欧州特許公報第2649214号、韓国特許出願公開公報第20100028310号および韓国特許出願公開公報第20100009222号にも記載されている。
【００１０】
国際公開公報第2014/097184号は、TWIP効果を有し、重量％で0.01〜0.50％のＣ、0.001〜0.5％のSi、６〜12％のMn、11〜20％のCr、0.01〜6.0％のNi、0.01〜2.0％のMo、0.01〜2.0のCo、0.01〜6.0％のCu、0.11〜0.50％のＮ、0.001〜0.5％のNb、0.001〜2.0％のAlを含有し、残余はFeおよび不可避の不純物であるオーステナイト系鋼の使用に関する。このオーステナイト系鋼は、エネルギー吸収、構造補強および／または耐食性が求められる深絞りの適用のため、複雑な形状の自動車部材を製造する用に供する。
【００１１】
先行技術では、TWIP硬化効果を有する鋼をどのように生産または製造し、鋼に固有の化学分析とはいかなるものであるかを述べることに焦点が絞られている。国際公開第2014/097184号ではまさに自動車部材用の鋼の使用について言及しているにもかかわらず、国際公開第2014/097184号では当該部材がどのように製造されるかについては説明していない。
【００１２】
本発明は、従来技術の不利益を取り除き高加工硬化率を有する部材の改善された製造方法、ならびに特に車両、自動車およびトラック工業における部材の使用を実現することを目的とする。本特許出願の本質的な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００１３】
本発明によれば、部材の製造方法による材料は、オーステナイト系微細構造を有し、TWIP（双晶誘起塑性）、TRIPとTWIP、またはTRIP（変態誘起塑性）による硬化効果を伴う鋼である。さらに、本発明に係る材料は、微細構造効果を満たし、鋼の製造中に特定の冷間加工硬化がなされた鋼である。部材の製造方法において、出発材料は薄板、コイル、パネル、厚板、管、プロファイル、リベットまたはワイヤの形状をしている。さらに本発明によれば、材料は熱処理され、軟化領域であることが求められる部材材料の部分を800〜1250℃、好ましくは900〜1150℃の温度範囲で熱処理することによって、当初の高強度材料よりも高延性かつ低強度の少なくとも１つの軟化領域を成形する。
【００１４】
本発明の方法で材料として用いられる鋼は、安定した最大限のオーステナイト系微細構造の保持の下で所望の可逆効果をもたせる、20〜30mJ/m2の限定された積層欠陥エネルギーを有する。本発明によれば、TWIP硬化効果を有する鋼は10〜25重量％、好ましくは15〜20重量％のマンガンを含有する。TRIP微細構造効果を満たす準安定オーステナイト系ステンレス鋼は4.0〜9.5重量％、好ましくは4.5〜6.5重量％のニッケルを含有する。さらに、TWIP微細構造効果を満たす鋼は、Ｃ＋Ｎの合計含有量が0.4〜0.8重量％である格子間遊離型の窒素原子および炭素原子と合金されることが定義される。
【００１５】
TWIP効果では、変形双晶の形成によって多くの変形が引き起こされる。双晶形成の瞬間硬化率は、微細構造が細かくなるにつれて高い値になる。結果として得られる双晶境界は粒界のような役割を果たし、鋼を強化する。硬化率の値は、約30％の工学ひずみにおいて0.4に増加し、そして一様伸びおよび全伸びの両方が50％に達するまで硬化率を一定に維持する。TRIP効果は、塑性変形中において課された応力およびひずみの結果としての、準安定性に保持されたオーステナイトからマルテンサイトへの変態を示す。このような特性により、TRIP効果を有するステンレス鋼は高強度を保ちながらも高い成形性を有するようになる。例えば本発明に係る焼鈍しによって実行される熱処理段階によって、部材内で焼き鈍された領域が成形され、焼き鈍された領域内では鋼の微細構造から双晶が除去される。したがって、焼き鈍された領域は、当初の高強度材料よりも高延性、低強度および低硬度の軟化領域である。
【００１６】
本発明に係る焼鈍しは、熱せられた成形工具を用いる場合における所望の形状への材料の成形工程中に実行してもよい。本発明に係る焼鈍しは例えば、180〜220℃の温度範囲における炉内での後続する陰極浸漬被覆と組み合わせてもよい。部材を製造するときの焼鈍しを２つの成形段階の間にも実行してもよく、その場合には焼鈍しによる軟化領域が再び成形される。非常に複雑な部材および0.6mmより薄い厚さの薄型部材に対しては、焼鈍し段階を伴う多段階成形を用いる。さらに、本発明に係る焼鈍しは、部材のプレス硬化中またはレーザもしくは電子ビーム加工中における熱処理炉内での、抵抗溶接工程、ビーム溶接工程もしくはアーク溶接工程による溶接、誘導加熱による溶接または電流による導電加熱による溶接との関連で実現してもよい。
【００１７】
部材の製造にあたり本発明の方法を用いる場合、降伏強度の低減により、成形工程中におけるスプリングバックが低減し、さらに、成形工程中における工具の摩耗が低減する。さらに、本発明の方法を用いると、超高強度の冷間硬化されたオーステナイト系TWIP鋼のさらなる不利益を解決することができる。局所領域の焼鈍しによって、TWIP鋼の局所領域における双晶密度が低下し、そして強度も低下する。これにより、局所的な焼鈍しおよびその後における穿孔、打曲げ、打鋲または打抜きのような「ブレイクスルー」工程の組合せによって、本発明に係る部材の製造方法を使用することができるようになる。
【００１８】
本発明の方法によって製造された部材は、例えば疲労挙動の向上、亀裂成長有縁性の低下、エネルギー吸収潜在力の向上、より高い入込みレベルを伴うよう設計された局所領域、ならびに部材の入込みおよび部材内において設計された特定の脆弱箇所の制御などの改善された特性を有する。したがって、本発明に従って製造された部材は、高強度のオーステナイト系鋼製の部材を少なくとも部分的に焼き鈍すことにより、高強度の鋼の利点とより軟らかくより延性の高い材料の利点を併せもつ。
【００１９】
本発明の方法によって製造された部材は、有利にはシャーシ部、コントロールアームまたは緩衝器などの自動車車体の疲労関連部材として用いられ得る。部材は、バンパ、クラッシュボックス、横材、ピラーおよび導管などの自動車車体の圧潰に関わる安全部材としても用いられ得る。一つの解決手段としては、本発明の方法によって製造される部材は、ハイドロフォーミングされたＡピラー管のように部分的に焼き鈍された特性を有する輸送用途におけるハイドロフォーミングされた部品として用いることができる。さらに、このような部材は、ストラットドーム、ホイールハウスまたはバックシート構造などの自動車車体における複合部品、薄型部品または複数成形段階を経る部品として、さらに縁曲げしていてそぎ端状の部品としても用いることができる。それに加えて、部材を成形した後に焼き鈍すことによってさまざまな機械的技術特性を備えた、建造物および鉄骨構造物内における成形された薄板、管またはプロファイルとして部材を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図１】本発明の方法により製造された部材の測定結果を示す。
【図２】本発明の方法により製造された別の部材の測定結果を示す。
【図３】本発明に係り熱処理されたＡピラーを示す。
【図４】本発明に係る熱処理後における本発明の所望の実施形態としての図４のＡピラーを示す。
【図５】図３および図４の実施形態の硬度を示す。
【発明の実施例】
【００２１】
図１では、900℃を超える温度で部材の一部分を焼き鈍す熱注入を、部材の２つの部分のスポット溶接と関連して実行する。焼鈍しにより、図１にて「HAZ」(熱作用領域)および「溶接ナゲット」なる表示によって示される熱注入領域における高強度材料の強度低下が引き起こされる。このような熱注入領域は溶接によって軟化し、高エネルギー吸収潜在力を備えた高延性を有する。
【００２２】
図２では、キャッププロファイルは16重量％のマンガンを含有するオーステナイト系TWIP鋼から製造される。軟化領域は、TIG溶接によって得られる「HAZ」および「溶接線」の領域からなる。落下高さ＝2.50ｍ、落下重量＝57.90kgおよび速度ｖ０＝24.50km/hの値で、軟化領域をフォーム成形の対象としている。成形前（グラフ下）および成形後（グラフ上）の溶接領域の周囲で硬度を測定した。キャッププロファイルの硬度は、フォーム成形後に向上していることに注目されたい。
【００２３】
図３における自動車車体に用いられるＡピラー１は、オーステナイト系TWIP鋼製の管をハイドロフォーミングすることによって製造される。ハイドロフォーミング中、Ａピラー１は硬化加工され、Ａピラーの硬度は図５では「ハイドロフォーム済管」として示される。図４は、より高いエネルギー吸収および有意の入込みが必要な領域でＡピラーの部分２を本発明に従って熱処理した後のＡピラー１を示す。図５における「局所的焼鈍し領域」なる語は、Ａピラー１の熱処理部分２における、よりゆるやかな硬度値を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月30日(2018.5.30)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
オーステナイト系微細構造を有する材料で作られ高加工硬化率を有する部材の製造方法であって、冷間加工で硬化した部材の材料を熱処理して、当初の高強度材料よりも高延性および低強度である少なくとも１つの軟化領域を、該軟化領域に必要な前記部材の材料の一部分を熱処理することによって成形することを特徴とする製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、前記熱処理は、800〜1250℃、好ましくは900〜1150℃の温度範囲で焼き鈍すことによって行うことを特徴とする方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
請求項１ないし11のいずれかに記載の方法において、前記材料は、薄板、コイル、パネル、厚板、管、プロファイル、リベットまたはワイヤの形状をしていることを特徴とする方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項１ないし12のいずれかに記載の方法において、前記加工硬化する材料は12〜20重量％、好ましくは14〜16重量％のクロムを含有するステンレス鋼であることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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