(57)【要約】  本発明は、異なる強度の領域を有する金属部品を製造するための出発材料を製造する方法であって、第１のステップでは、被覆されていない形態で提供される出発材料の第１の領域が、熱エネルギーを供給されて、第１の領域が加熱され、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にオーステナイトに変換されるが、一方で、出発材料の第２の領域には熱エネルギーが供給されない第１のステップと、第１のステップに続く第２のステップでは、第１の領域が冷却されて、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換される第２のステップとを含む、方法に関する。本発明は、対応する装置にさらに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる強度の領域（５，６）を有する金属部品を製造するための半製品（１０）を製造する方法であって、
−第１のステップでは、被覆されていない形態で提供される前記半製品（１０）の第１の領域（５）が熱エネルギーを供給されて、前記第１の領域（５）が加熱され、前記第１の領域（５）内の材料組織が少なくとも部分的にオーステナイトに変換されるが、一方で、前記半製品の第２の領域（６）には熱エネルギーが全く供給されない第１のステップと、
−前記第１のステップに続く第２のステップでは、前記第１の領域（５）が冷却されて、前記第１の領域（５）内の前記材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換される第２のステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記熱エネルギーが、レーザまたは誘導コイルを介して供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の領域（５）が、帯状の形態を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の領域（５）が、各場合に前記第２の領域（６）の帯状部（６．１）によって、互いに分離された複数の帯状部（５．１，５．２）を含む、請求項１から３の一項に記載の方法。
【請求項５】
複数の隣接する帯状の第１の部分（５．１，５．２）が、同一の中心間距離を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
複数の隣接する帯状の第１の部分（５．１，５．２）が、異なる中心間距離を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のステップでは、第３の領域が前記第１の領域（５）よりも高い温度に加熱され、かつ前記第３の領域が前記第２のステップで同様に冷却されるように、前記半製品の前記第３の領域に熱エネルギーを供給する、請求項１から６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記半製品（１０）が材料厚さを有し、前記熱エネルギーが、前記材料厚さにわたって不均一に分布する形態で、前記第１の領域（５）内に供給される、請求項１から７の一項に記載の方法。
【請求項９】
前記供給された熱エネルギーの最大値が、前記半製品（１０）の内部領域に配置される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱エネルギーが前記第１の領域（５）に供給された後に、前記半製品（１０）が、冷間圧延および／または温間圧延によって形成される、請求項１から９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記熱エネルギーが前記第１の領域（５）に供給された後に、前記半製品（１０）が加圧によって、特にプレートプレス内で形成される、請求項１から１０の一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記半製品が、前記第２のステップに続く第３のステップで被覆される、請求項１から１１の一項に記載の方法。
【請求項１３】
異なる強度の領域（５，６）を有する金属部品を製造するための半製品（１０）を製造するための装置であって、
−第１の領域（５）内で、被覆されていない前記半製品（１０）に熱エネルギーを供給するためのエネルギー供給装置（３）であって、前記第１の領域（５）が加熱され、前記第１の領域（５）内の材料組織が少なくとも部分的にオーステナイトに変換されるが、一方で、前記半製品（１０）の第２の領域（６）には熱エネルギーが全く供給されない、前記エネルギー供給装置（３）と、
−前記第１の領域（５）を冷却するための冷却装置（４）であって、前記第１の領域（５）内の前記材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換される、前記冷却装置（４）と
を備える、半製品（１０）を製造するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる強度の領域を有する金属部品を製造するための半製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる強度の領域を有する部品は、例えば、自動車構造に使用される。このような部品の場合、衝突の際にわずかな程度だけ変形するように意図される領域内に、通常は増加した強度が提供される。これとは対照的に、低い強度の領域は、衝突の際により大きい程度に変形することができ、その過程で、衝突の際に発生する大きい衝撃エネルギーを吸収することができる。
【０００３】
このタイプの部品は、例えばテーラード焼き戻しと呼ばれるものによって製造され得る。テーラード焼き戻しは、一般に、被覆された半製品、例えば被覆された成形済みのブランクが、８８０℃〜９５０℃の温度範囲で全体に加熱され、次いで成形工具の中で熱間成形される熱間成形プロセスである。成形工具は、複数の温度帯を含み、それによって金属シートが異なる速度で冷却される。これにより、局所的に異なる強度特性を有する部品を生み出す。急冷領域にはマルテンサイト系材料組織が形成されており、したがって、これらの領域は増加した強度を有する。緩やかに冷却されたそれらの領域は、減少した強度を有する。この方法は実際には極めて適切であることが判明しているが、軟質領域を製造するには比較的長い時間を要するという欠点があることが分かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、局所的に異なる強度特性を有する金属部品を製造するのに必要な時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
その目的は、異なる強度の領域を有する金属部品を製造するための半製品を製造する方法によって達成され、その方法が、
−第１のステップでは、被覆されていない形態で提供される半製品の第１の領域が熱エネルギーを供給されて、第１の領域が加熱され、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にオーステナイトに変換されるが、一方で、半製品の第２の領域には熱エネルギーが全く供給されない第１のステップと、
−第１のステップに続く第２のステップでは、第１の領域が冷却されて、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換される第２のステップと
を含む。
【０００６】
本発明による方法では、第２の領域と比較して増加した強度を有する第１の領域を得るために、被覆されていない半製品が第１の領域内で硬化される。第１の領域と比較して減少した強度を有する領域を得るために、第２の領域を加熱し、かつそれをゆっくりと冷却させる必要がない。それにより、異なる強度特性を有する領域を生成するのに必要な時間を短縮することができる。さらに、異なる強度の領域を有する部品は、冷間成形によって、特に深絞りまたは圧延形状加工によって製造され得る。
【０００７】
被覆されていない半製品は、好ましくは鉄を含み、特に好ましくは鋼材である。被覆されていない半製品は、熱間圧延により得られる熱間ストリップの形態であってよい。別法として、被覆されていない半製品は、冷間圧延によって得られる冷間ストリップであってよい。追加の別法として、被覆されていない半製品を成形済みのブランクとして構成することができる。このタイプの成形済みのブランクは、例えば、熱間ストリップまたは冷間ストリップから切断することによって得ることができる。さらに、成形済みのブランクは、製造される部品の２次元基本形状を既に有することが可能である。
【０００８】
被覆されていない半製品は、半製品の表面に塗布される層を全く含まないことが好ましい。被覆されていない半製品は、亜鉛めっき張り、または亜鉛めっきされていないことが特に好ましい。被覆されていない半製品を使用することは、第１の領域の加熱および／またはその後の第１の領域の急速冷却が原因で、半製品および／または半製品の任意の被覆に望ましくない変化が発生することを恐れる必要がないことを意味する。
【０００９】
１つの有利な実施形態は、熱エネルギーがレーザを介して供給されることを提供する。レーザは、それによって放出されるエネルギーを予め指定された領域に集中させて、この領域が加熱されることを可能にする。別法として、熱エネルギーは、１つまたは複数の誘導コイルを介して供給され得る。誘導コイルを介して、第１の領域を誘導的に加熱することが可能である。
【００１０】
半製品の第１の領域は、帯状の形態を有することが好ましい。特に、例えば熱間ストリップまたは冷間ストリップのような帯状の半製品の場合には、最初に帯状の半製品をレーザまたは誘導コイルなどのエネルギー供給装置に案内し、その後それを冷却することによって、増加した強度を含む帯状の第１の領域を生成することが可能である。帯状の半製品がエネルギー供給装置に案内された後、帯状の半製品を冷却装置に導くことによって、冷却が実施され得る。第１の領域の半製品を冷却する目的で、半製品の第１の領域にガス状および／または液状冷却媒体を付着させるために冷却装置が使用され得る。
【００１１】
１つの有利な実施形態によれば、熱エネルギーが供給される第１の領域は、熱エネルギーが全く供給されない第２の領域の帯状の第２の部分によって互いに分離されている複数の帯状の第１の部分を備える。それにより、互い違いになっている高強度と低強度の帯状領域を含む半製品を得ることができる。この種の半製品は、衝突の際の衝撃エネルギーを吸収し、プロセス中に制御された形態で変形される、自動車構造用の部品、例えばクラッシュボックスまたは長手方向部材などの製造のために使用され得る。互い違いになっている異なる強度の帯状領域は、衝突の際にアコーディオンのように一体に折り畳まれることが可能である。
【００１２】
これに関連して、複数の隣接する帯状の第１の部分が同一の中心間距離を有し、衝突の際に実質的に均一な折り畳みが発生することが可能ならば好ましいと判明した。帯状の第１の部分は、さらに同一の幅を有することができる。
【００１３】
別法として、複数の隣接する帯状の第１の部分は、異なる中心間距離を有する形態で形成されてもよい。異なる中心間距離を選択することによって、衝突の際に部品の不均一な折り畳み挙動を設定することが可能である。
【００１４】
１つの好ましい実施形態では、第１のステップでは、半製品の第３の領域が熱エネルギーを供給されて、第３の領域が第１の領域よりも高い温度に加熱され、かつ第２のステップで第３の領域が同様に冷却されるようにする。このようにして、第１の領域よりも第３の領域において、より高い割合で材料組織をオーステナイトに変換することができる。第１の領域および第３の領域のその後の冷却中、第３の領域では第１の領域よりも高い強度が達成される。この点で、半製品の中で個々に増加した強度を有する異なる領域を製造することが可能である。
【００１５】
追加の有利な実施形態によれば、半製品が材料厚さを有し、熱エネルギーが、材料厚さにわたって不均一に分布する形態で第１の領域内に供給される。この点において、熱エネルギーは材料厚さ全体にわたって均一に分布しない形態で供給されるが、その代わりに、材料断面の選択された小領域のみが増加した熱エネルギーに曝され、一方で、材料断面の別の小領域は熱エネルギーに全く曝されないか、またはわずかな程度に熱エネルギーに曝されるだけである。それにより、材料厚さにわたって不均一に分布した強度プロファイルを有する半製品内の領域を生成することが可能である。エネルギーは、好ましくは、レーザを介して不均一に供給され、レーザの光学系を介してエネルギー出力の最大値を設定することが可能である。半製品の材料厚さは、好ましくは２ｍｍよりも大きく、特に好ましくは３ｍｍよりも大きい。
【００１６】
これに関連して、供給された熱エネルギーの最大値が半製品の内部領域、特に中心に配置されて、半製品の表面が内部領域よりも低い強度を有する第１の領域を製造するならば特に有利であると判明した。このように処理された領域は、その後の加工ステップで曲げ加工および／または面取り加工されることが可能となって、望ましくない半製品の破損の危険性が減少する。
【００１７】
１つの有利な実施形態によれば、熱エネルギーが第１の領域に供給された後に、半製品は、冷間圧延および／または温間圧延によって形成される。これに関して、冷間圧延は、室温で半製品を圧延することであると理解されたい。温間圧延とは、室温と比較して上昇した温間圧延温度で半製品を圧延することを意味し、温間圧延温度は、半製品がオーステナイト化を起こさないような形態で選択されると理解されたい。半製品とローラとの接触により、ローラに熱エネルギーを伝達することができ、半製品の冷却を促進することができる。別法として、または追加的に、熱エネルギーが第１の領域に供給された後、半製品は、特にコイル上に巻き取られることが可能である。巻き取られるにつれて、半製品の個々の層が互いに接触することができ、したがって加熱された第１の領域内に吸収されている熱エネルギーが、半製品の他の層の中に放出され得る。その結果、第１の領域の冷却を促進することができる。
【００１８】
代替の好適な実施形態によれば、熱エネルギーが第１の領域に供給された後に、半製品が加圧によって、特にプレートプレス内で形成される。加圧の間、熱エネルギーが、プレスのプレス工具、特にプレス板に放出されることができて、半製品の冷却が促進される。プレス工具、特にプレス板が能動的に冷却されることが特に好ましい。
【００１９】
半製品が第２のステップに続く第３のステップで被覆されるならば、さらに有利である。第１の領域の加熱および冷却に続く被覆により、被覆が加熱および冷却によって影響を受ける状況を恐れる必要がなく、半製品の表面は、腐食および／または外部からの影響に対して保護されることが可能になる。半製品が電解手段によって被覆される場合、例えば電解亜鉛めっきが施される場合に特に有利である。別法として、半製品は、溶融鍍金、特に溶融亜鉛めっきを施されてもよい。
【００２０】
冒頭で言及した目的は、異なる強度の領域を有する金属部品を製造するための半製品を製造するための装置の寄与によってさらに達成され、その装置は、
−第１の領域内で、被覆されていない半製品に熱エネルギーを供給するためのエネルギー供給装置であって、第１の領域が加熱され、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にオーステナイトに変換されるが、一方で、半製品の第２の領域には熱エネルギーが全く供給されない、エネルギー供給装置と、
−第１の領域を冷却するための冷却装置であって、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換される、冷却装置と
を備える。
【００２１】
装置について、本発明による方法と関連して既に説明したのと同じ利点を達成することが可能である。
【００２２】
エネルギー供給装置は、好ましくは、レーザまたは誘導コイルを備える。
【００２３】
１つの有利な実施形態によれば、装置は、半製品を運搬方向に搬送する搬送装置を備える。半製品がエネルギー供給装置を通過して案内され得るように、運搬方向に対して横方向に、特に垂直方向に配置された横方向に沿って互いに離隔配置された複数のエネルギー供給装置を設けることが好ましい。横方向に沿って互いに同様に離隔配置された複数の冷却装置を設けることが特に好ましい。運搬方向に沿って搬送される半製品が、最初にエネルギー供給装置を通過し、その後に冷却装置を通過して案内されるように、冷却装置を配置することが好ましい。
【００２４】
本発明のさらなる詳細、特徴および利点は、図面から明らかになり、図面を参照して以下の好ましい実施形態の説明からもやはり明らかになる。この点に関して、図面は本発明の例示的な実施形態を示すに過ぎず、図面は本発明の概念に限定的影響を及ぼすものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】異なる強度の領域を有する金属部品を製造するための半製品を製造するための装置の例示的な実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、一実施例として、異なる強度の領域を有する金属部品のための半製品１０が自動車構造のために製造される、装置１を示す。
【００２７】
出発材料として、好ましくは鋼材からなり、特に好ましくはマンガン−ホウ素鋼からなる、帯状の形態の被覆されていない半製品１０が装置１に供給される。半製品１０は、熱間ストリップまたは冷間ストリップであってよい。半製品１０は、コイル２に巻かれた状態で提供される。処理中、半製品１０はコイル２から巻き戻され、搬送装置（図示せず）によって運搬方向Ｔに搬送される。
【００２８】
半製品１０は、搬送装置によって最初に複数のエネルギー供給装置３を通過して案内され、それによって半製品１０の第１の領域５に熱エネルギーが供給される。熱エネルギーが半製品１０に供給される結果として、第１の領域５は、半製品１０のＡｃ１温度より高く、好ましくは半製品１０のＡｃ３温度よりも高く加熱され、第１の領域５の材料組織は、少なくとも部分的に、好ましくは完全にオーステナイトに変換される。エネルギー供給装置３は、半製品１０の第１の領域５内に限定的に熱エネルギーを導入する。半製品１０がエネルギー供給装置３を通過して案内される場合、エネルギー供給装置３の影響を受ける領域内に入らない半製品１０の第２の領域６は、熱エネルギーに曝されない。このことは、第１の領域とは異なり、第２の領域では、オーステナイトへの材料組織の変換が発生しないことを意味する。
【００２９】
エネルギー供給装置３は、運搬方向Ｔに垂直に配置された横方向Ｑに沿って延びる直線上に互いに離隔配置されている。エネルギー供給装置３は、それぞれレーザまたは誘導コイルを備える。エネルギー供給装置３の離隔された配置によって、帯状の第１の部分５．１、５．２を含む第１の領域５を生成し、第１の部分５．１、５．２は、各場合に帯状の第２の領域６の第２の部分６．１によって互いに分離されている。例示的な実施形態では、隣接する帯状の第１の部分５．１、５．２は、異なる中心間距離を有する。エネルギー供給装置３が同一の間隔で分離されている例示的な実施形態の一変形形態では、同一の中心間距離を有する第１の領域５の帯状部分を製造することができる。
【００３０】
半製品１０がエネルギー供給装置３を通過して案内されると、半製品１０は複数の冷却装置４を通過して案内される。冷却装置４によって、半製品１０の加熱された第１の領域５は、第１の領域内の材料組織が少なくとも部分的にマルテンサイトに変換されるような形態で冷却される。これにより、第２の領域６と比較して増加した強度を有する第１の領域５が生じる。
【００３１】
冷却装置４は、運搬方向Ｔに垂直に配置された横方向Ｑに沿って延びる直線上に互いに離隔配置されている。第１の領域５の部分５．１、５．２がエネルギー供給装置３によって加熱された後、それが冷却装置４に供給されるように、冷却装置４の間隔が選択される。ガス状および／または液状冷却媒体が、冷却装置４を介して半製品１０、特に半製品１０の第１の領域５に付着される。
【００３２】
この点で、被覆されていない半製品１０が、第１の領域５内で硬化されるが、第２の領域６は硬化されず、本質的に元の強度を保持する。第２の領域６の加熱は、不要である。
【００３３】
上述した局所的硬化に続いて、半製品１０が冷間圧延および／または温間圧延される。さらに、半製品１０は、例えば、電解コーティング法または溶融鍍金によって被覆（亜鉛めっき張り）される。
【００３４】
図１に示す例示的な実施形態の一変形形態によれば、熱エネルギーは、第１の領域５よりも第３の領域においてより高い温度に達するように、複数のエネルギー供給装置３によって異なって導入される。Ａｃ１温度とＡｃ３温度との間の温度を第１の領域内に設定することができ、半製品１のＡｃ３温度を超える温度を第３の領域内に設定することができる。したがって、第１の領域５よりも第３の領域内で、組織がより高い割合でオーステナイト化される。第１の領域５と第３の領域の両方が冷却装置４を介して冷却されるので、第１の領域５内および第３の領域内にはマルテンサイト材料組織が形成され、第３の領域は、第１の領域と比較して増加した強度を有する。
【００３５】
代替的または追加的に、熱エネルギーは、半製品１０の材料厚さにわたって不均一に分布した形態で、第１の領域および／または第３の領域の中に供給され得る。その結果、材料の厚さにわたって不均一に分布した強度プロファイルが生成される。この点で、エネルギーは好ましくはレーザを介して供給され、レーザの光学系を介してエネルギー出力の最大値を設定することが可能である。一実施例として、供給された熱エネルギーの最大値が半製品の内部領域内に配置されるように、レーザを集中させることができる。これは、半製品の表面が内部領域よりも低い強度を有する、第１の領域および／または第３の領域を生成する。
【００３６】
上述の例示的な実施形態の追加の変形形態によれば、被覆されていない成形済みのブランクとして構成される半製品１０が使用される。
【符号の説明】
【００３７】
１  製造装置
２  コイル
３  エネルギー供給装置
４  冷却装置
５  第１の領域
５．１  第１の領域の第１の部分
５．２  第１の領域の第２の部分
６  第２の領域
６．１  第２の領域の部分
１０  半製品
Ｑ  横方向
Ｔ  運搬方向
【図１】
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【国際調査報告】
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