(57)【要約】  本発明は、より高強度または高強度の鋼のコア層と、コア層の片側または両側上の、コア層に一体結合されている耐薬品性フェライト鋼の外層とを含む鋼複合材に関する。対応する平鋼製品は、それらの強度、延性、水素誘起割れ形成に対する低感受性および有利な耐食性に関する有利な特性が他のものと異なる。本発明はまた、対応する鋼複合材を作製する方法、およびそのような鋼複合材の車両構造体、特に車体構造体における使用にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
より高強度または高強度の鋼のコア層と、コア層の片側または両側上の、コア層に一体結合されている耐薬品性フェライト鋼の外層とを含む鋼複合材であって、耐薬品性フェライト鋼が、炭素≦０．０７重量％、マンガン≦１重量％、クロム１２〜３０重量％、モリブデン≦７重量％、リンおよび硫黄それぞれ≦０．０５重量％、アルミニウム≦０．５重量％、ケイ素≦０．５重量％、ならびにチタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムそれぞれ≦１重量％を含有し、チタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムが合計で＞０．１重量％の割合を占め、残部が鉄および不可避不純物である、鋼複合材。
【請求項２】
耐薬品性フェライト鋼が、＜１０００ＭＰａの引張強度を有する、請求項１に記載の鋼複合材。
【請求項３】
耐薬品性フェライト鋼が、≧１６重量％、好ましくは≧２０重量％のクロム含有量を有する、請求項１または請求項２に記載の鋼複合材。
【請求項４】
より高強度または高強度の鋼が、≧０．１５重量％、好ましくは≧０．２０重量％、特に好ましくは≧０．２５重量％の炭素含有量を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼複合材。
【請求項５】
より高強度または高強度の鋼と耐薬品性フェライト鋼との接合領域の炭素含有量が、耐薬品性フェライト鋼の炭素含有量の少なくとも１．２倍、好ましくは少なくとも２倍である最大値を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼複合材。
【請求項６】
複合材の全厚にわたって平均で＞１２００ＭＰａの強度を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の鋼複合材。
【請求項７】
コア層および外層に加えて、さらなるコーティング、特にアルミニウムベース、亜鉛ベースまたは塗料ベースのコーティングを鋼複合材のそれぞれの外側に有していてもよい、請求項１から６のいずれか一項に記載の鋼複合材。
【請求項８】
炭素含有量≦０．０７重量％、マンガン≦１重量％、クロム１２〜３０重量％、モリブデン≦７重量％、リンおよび硫黄それぞれ≦０．０５重量％、アルミニウム≦０．５重量％、ケイ素≦０．５重量％、ならびにチタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムそれぞれ≦１重量％を有し、チタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムが合計で＞０．１重量％の割合を占め、残部が鉄および不可避不純物である耐薬品性フェライト鋼の層の、鋼複合材の曲げ特性を改善するためのより高強度または高強度の鋼層コアのメッキ層としての使用。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の鋼複合材を作製する方法であって、より高強度または高強度の鋼をコア層として用意すること、耐薬品性フェライト鋼の層をコア層の鋼の片側または両側に積層すること、および鋼基材と耐薬品性フェライト鋼の層とを適当な条件下で接合することを含む方法。
【請求項１０】
コア層の鋼と耐薬品性フェライト鋼の層との接合が、熱間圧延クラッド法により行われることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか一項に記載の鋼複合材の、車両構造体、好ましくは車体構造体における使用。
【請求項１２】
Ｂピラー；電力潮流における構造部品；ガセットプレート；座席用レールと、高強度要件を伴い、腐食のリスクがある部品、例えば車台、タンク、クラッシュボックス、側面部材またはバッテリーボックスのための使用であることを特徴とする、請求項１１に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、より高強度または高強度の鋼のコア層と、コア層の片側または両側上の、コア層に一体結合されている耐薬品性フェライト鋼の外層とを含む鋼複合材に関する。さらに、本発明は、耐薬品性フェライト鋼の層の、鋼複合材の曲げ特性を改善するためのより高強度または高強度の鋼層コアのメッキ層としての使用、さらに上に記載の鋼複合材を作製する方法、および車両構造体におけるその使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の構造部品については、プレスハードニングによる製造技術がかなり重要なものである。多くの場所で、この方法で使用される材料の範囲を広げる試みが行われつつある。強度／延性については、先行技術において今までに鋼複合材によって有利に解決されているが、遅れ破壊に対する非感受性の付与、さらに完成した部品の腐食からの保護など、表明された他の問題も次第に重大な役割を演じる。
【０００３】
一体鋼グレードについては、強度の増加が延性の低下を常に伴うという問題が存在する。これは、特に、プレスハードニングの操作により、２０００ＭＰａを超える非常に高い強度を達成することができ、したがって極めて低い残留延性を有する熱間成形鋼に関わる。原理的には、高炭素含有量を有する高強度コア材料が、比較的軟質である低炭素含有量を有する２つのメッキ層で被覆されているという点で、強度と延性の間の記載された関係を絶つ働きをするように意図され、したがってより高い全体的な変形を、例えば曲げ荷重下で達成することができる複合構造体の使用は、ＤＥ１０２００８０２２７０９Ａ１の明細書から公知である。
【０００４】
熱間圧延クラッド法、および例えばプレスハードニングにとって必要であるそのような材料の加熱の過程におけるさらなる加工という観点から作製の間、炭素含有量の同等化を材料横断面にわたってある程度もたらす拡散工程が行われる。しかし、工業的に使用される工程所要時間のため、全体的な同等化は完全には達成されないが、材料表面からそのコアに向けて炭素含有量の増加を伴うプロファイルが形成される。この均一に増加する濃度プロファイルによって、強度の同様に均一な増加が横断面にわたってもたらされ、これには、突然の層間移行の回避に関して利点（切欠き効果）がある。
【０００５】
述べられた多層材料に加えて、熱処理の間または熱処理において脱炭工程により延性を増加させる可能性も存在する。しかし、この場合、表面効果のみが、内部の材料に影響することなく生じることは工程に固有なものである。
【０００６】
臨界機械的荷重において水素含有環境中で遅れ割れに感受性を示す材料の場合は、割れが鋼材料において発生する。これを防止または抑制するために、特に多くても０．１３重量％というより低い炭素含有量を有する鋼からなる外層を備えた０．２６重量％より高い炭素含有量を有する強度のより高い鋼が作製される、多層複合材の形をした平鋼製品が、ＥＰ２８８６３３２Ａ１に提案されている。
【０００７】
「熱間成形」一般の所期の目的のために使用される一体鋼、特にＥＰ２８８６３３２Ａ１に記載されている複合材は、ＡｌＳｉコーティングと共に使用されるので、この場合、プレスハードニングのためにシートを加熱すると、このコーティングによって、炉雰囲気から水素が吸収され、次いで材料に取り込まれるという一般的な欠点が存在する。この水素は、もはや逃避することができず、ことによると臨界水素含有量になる可能性があり、次いでハードニングすると達成される強度と相互作用して、水素誘起割れの発生を促進し得る。
【０００８】
改善された耐食性を有する鋼材料の配合も、同様に徹底的な調査の対象である。例えば、熱間成形にグレードの高い鋼を使用することが、ＷＯ２０１２／１４６３８４Ａ１に論じられている。この文献において、特に、添加される合金元素のアルミニウムおよびケイ素を用いた合金設計により、高温酸化に耐性である材料の使用が記載されている。指定された合金元素は、緻密で確実に付着するスケール層を金属表面に形成する能力のため、材料の高温酸化に対する抵抗性を確実にする。
【０００９】
高強度／高延性、遅れ割れに対する抵抗性および耐食性という要件の様々な問題は、先行技術において様々な方法および手法を用いて取り組まれたが、４つの要件すべて、すなわち強度、延性、水素誘起割れに対する低感受性および耐食性という要件を望ましい様式で組み合わせることができる鋼材料は今までのところ知られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、上記の４つの要件のすべてを望ましい様式で満たす材料を提案するという問題に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明の第１の態様は、より高強度または高強度の鋼のコア層と、コア層の片側または両側上の、コア層に一体結合されている耐薬品性フェライト鋼の外層とを含む鋼複合材に関する。
【００１２】
本発明の範囲内で「より高強度または高強度」の鋼は、熱処理、特にハードニングされた状態で少なくとも１０００ＭＰａ、特に少なくとも１２００ＭＰａの引張強度を有する鋼を意味すると理解される。
【００１３】
本発明の文脈において「フェライト系耐薬品性鋼」は、クロムの最小含有量が全重量に対して１０重量％の鋼であると考えられる。好ましいクロム含有量として、約１２〜３０重量％の範囲を挙げることができる。
【００１４】
好ましくは、コア層は、両側に耐薬品性フェライト鋼の外層を有する。さらに、鋼複合材の片方または両方の外層は、いずれの場合にも外側にコーティング、特にアルミニウムベース、亜鉛ベースおよび／または塗料ベースのコーティングを有していてもよい。
【００１５】
本発明によれば、耐薬品性フェライト鋼は、炭素≦０．０７重量％、マンガン≦１重量％、クロム１２〜３０重量％、モリブデン≦７重量％、リンおよび硫黄それぞれ≦０．０５重量％、ケイ素≦０．５重量％、アルミニウム≦０．５重量％、ならびにチタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムそれぞれ≦１重量％の含有量を有し、チタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムは合計で＞０．１重量％の割合を占め、残部は鉄および不可避不純物である。
【００１６】
マンガンおよび／またはモリブデンの好ましい最小の割合として、それぞれ含有量０．０１重量％を挙げることができる。さらに、本発明においては、本発明による鋼複合材の耐薬品性フェライト鋼は、チタン、ニオブ、バナジウムおよび／またはジルコニウム全体の割合が、不可避不純物より多く、特にチタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムの全量に対して０．１〜２．０重量％、好ましくは０．２５〜１．５重量％、特に好ましくは０．３〜１．２重量％の範囲である。この場合、鋼複合材の耐薬品性フェライト鋼は、指定された４つの構成要素すべてを含有する必要はないが、内容物は、指定された元素の１、２または３種のみに由来することもできる。元素のチタン、ニオブ、バナジウムおよび／またはジルコニウムがクロムより好ましい炭素に結合しているため、腐食に関連する遊離クロム含有量は炭化物形成によって低減されないことが確実になる。
【００１７】
炭素含有量については、本発明の範囲内で耐薬品性フェライト鋼は、≦０．０５重量％、特に≦０．０４重量％の含有量が好ましいと考えられ、≦０．０３重量％がより好ましい。合金元素のチタン、ニオブ、バナジウムおよび／またはジルコニウムと組み合わせる炭素を低減すると、炭化物形成をできるだけ低く維持し、結果として耐食性をできるだけ高く維持する一因となる。
【００１８】
さらに、耐薬品性フェライト鋼は、≧１２重量％、特に≧１６重量％、好ましくは≧２０重量％のクロム含有量を有するべきであることが好ましいと考えられる。
【００１９】
アルミニウム含有量および／またはケイ素含有量については、本発明の範囲内で、ケイ素≦０．５重量％および／またはアルミニウム≦０．５重量％、特にケイ素≦０．４重量％および／またはアルミニウム≦０．４重量％の含有量が、本発明による鋼複合材の耐薬品性フェライト鋼にとってより好ましいと考えられる。アルミニウムおよび／またはケイ素を、不純物および／または通常随伴する元素としてのみ含有することもできる。この制限のため、特に効果的に付着する緻密な酸化物層の形成（高温保護の特徴である）を実質的に防止することができる。というのは、この層が、作製工程（熱間圧延、プレスハードニング）において表面被覆をもたらし、非常に多大な犠牲を払ってしかまたは不適切にしか除去することができず、非常に不利であるからである。さらに、アルミニウムおよび／またはケイ素の制限により、溶接性も改善することができる。
【００２０】
本発明の文脈において使用することができる耐薬品性フェライト鋼の代表例として、例えば名称１．４５０９、１．４５１０、１．４５１１および１．４６１３の鋼について言及することができるが、特にこれらに限定されない。
【００２１】
便宜上対照的に、コア層のより高強度または高強度の鋼は、≧０．１５重量％、より好ましくは≧０．２０重量％、特に好ましくは≧０．２５重量％というより高い炭素含有量を有する。コア層として使用することができる鋼の例は、とりわけ熱間成形された鋼、特に例えば２２ＭｎＢ５、３５ＭｎＢ５、３７ＭｎＢ４または４０ＭｎＢ４などのマンガン／ホウ素鋼であり、これらの後者は、０．３４〜０．４０重量％の範囲の炭素含有量を有する。炭素含有量は、０．４重量％より多いこともあり、例えば多くても０．５５重量％に限定され得る。
【００２２】
炭素に加えて、コア層の鋼は、好ましくは同様にある含有量のＭｎおよびＢを有し、Ｍｎの適当な含有量として、０．６〜２重量％、特に０．８〜１．４重量％の範囲を挙げることができる。有益なＢ含有量は、０．０００５〜０．０１、特に０．００１〜０．００５、好ましくは０．００２〜０．００４の範囲である。コア層の鋼を主に決定する合金元素の特性のみ、本明細書に記載されていること、および鋼は、ある種の特性を発現させるためにさらなる合金元素をそれぞれ有効な含有量で含有し得ることは当然である。
【００２３】
完成したハードニングされた状態のコア層として使用される鋼は、便宜上１５００ＭＰａより高く、特に１６５０ＭＰａより高い引張強度を有する。
【００２４】
本発明による鋼複合材は、耐薬品性フェライト鋼の外層をベースにしており、その耐薬品性フェライト鋼は、コア層の鋼よりも低い引張強度を有するべきである。例えば、耐薬品性フェライト鋼が＜１２００ＭＰａ、特に＜１０００ＭＰａ、好ましくは＜８００ＭＰａの引張強度を有する場合が好ましい。比較的低い強度の耐薬品性フェライト鋼を使用すると、得られた鋼複合材に十分に高い延性が付与されることが確実になる。さらに、耐薬品性フェライト鋼は、作製および熱間成形の温度範囲において、変態がなく、したがって硬度構造体を形成することができないはずである。熱間成形／プレスハードニングにおいて他の点では好ましく使用されるＡｌＳｉコーティングの省略に加えて、延性および変態のないことによって、本発明によるより高強度および超高強度の鋼複合材において水素誘起割れに対する感受性が特に低いことが可能になる。
【００２５】
外層中の耐薬品性フェライト鋼は、そのフェライト系格子構造のため、炭素に対する溶解度が低く、このことは、周囲温度（２３℃）と熱間圧延クラッド法およびプレスハードニングの過程において必要な加熱の普通の工程温度の間で維持される。これは、コアとメッキ層材料（すなわち、外層）の間の濃度勾配を同等化する試みが、両領域の移行部における炭素に富んだ相の形成によって補償されることを意味する。したがって、上記の本発明による鋼複合材は、好ましくは、より高強度または高強度の鋼と耐薬品性フェライト鋼の接合領域の炭素含有量が、耐薬品性フェライト鋼の炭素含有量の少なくとも１．２倍、好ましくは少なくとも２倍である、最大値を有する。この場合、最大値の発生ならびに（外層における）炭素含有量が低下している領域の範囲および幅は、熱の導入、特にその時間や範囲などの文脈におけるプロセスパラメーターに依存する。
【００２６】
公知の複合材（図１を参照のこと）と比べた領域の材料横断面にわたって、追加の延性領域がこのように得られ（図２を参照のこと）、それを介して、複合材全体の変形能力が、公知の軟質メッキ層に加えて、作製および加工パラメーターの選択ならびに関連した沈澱工程によってポジティブに影響される。驚くべきことに、本発明が基づいている調査で、記載された延性領域の形成に関連している区域には、炭素濃度の最大値が存在するが、複合材全体の延性に実質的に悪い影響を及ぼすことはないことがわかった。
【００２７】
本発明の範囲内で、鋼複合材が、特に完成した熱処理された状態で、複合材の全厚または複合材の材料横断面にわたって平均で＞１２００ＭＰａ、特に＞１４００ＭＰａの引張強度を有する場合がさらに好ましい。
【００２８】
コア層および外層の厚さに関して、本発明は、実質的な制約をいずれも受けていない。ただし、その強度特性に関して有益な値を有する鋼複合材を得るために、外層は、コア層よりも薄い厚さを有するべきであることを条件とする。片側当たりの外層の厚さは、複合材の全厚に対して２％〜１５％の間、特に４％〜１０％の間、好ましくは５％〜８％の間の範囲を挙げることができる。外層の使用により、特に複合材の強度は、モノリシックな（コア）材料の強度に比べて著しく低減されない。
【００２９】
本発明による鋼複合材は、コア層および外層に加えて、例えばさらなる防食性コーティングなど、さらなるコーティングを鋼複合材のそれぞれの外側に有していてもよい。例えば、鋼複合材を溶融亜鉛メッキまたは陽極酸化することができる。加えて、さらにまたはあるいは、任意のタイプの亜鉛ベースおよびアルミニウムベースのコーティング、さらには塗料ベースコーティングも考えられる。最も簡便な実施形態において、１つのコア層および片側の外層のみが鋼複合材として提供され、外層もしくはコア層または両方の層は、外側にコーティングを有する。鋼複合材がコア層と２つの外層とからなる場合、１つの外層または両方の外層は外側にコーティングを有していてもよい。あるいはまたはさらに、本発明の範囲内で、コーティングをコア層と外層の間に設けてもよい。
【００３０】
本発明のさらなる一態様は、炭素含有量≦０．０７重量％、マンガン≦１重量％、クロム１２〜３０重量％、モリブデン≦７重量％、リンおよび硫黄それぞれ≦０．０５重量％、アルミニウム≦０．５重量％、ケイ素≦０．５重量％、ならびにチタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムそれぞれ≦１重量％を有し、チタン、ニオブ、バナジウムおよびジルコニウムは合計で＞０．１重量％の割合を占め、残部は鉄および不可避不純物である、上に記載した耐薬品性フェライト鋼の層の、鋼複合材の曲げ特性を改善するためのより高強度または高強度の鋼層コアのメッキ層としての使用に関する。
【００３１】
本発明の追加のさらなる一態様は、上に記載した鋼複合材を作製する方法であって、より高強度または高強度の鋼をコア層として用意すること、炭素含有量≦０．０７重量％の耐薬品性フェライト鋼の層をコア層の鋼の片側または両側に積層すること、およびコア層と耐薬品性フェライト鋼の層とを適当な条件下で接合することを含む方法に関する。
【００３２】
前記方法は、コア層の鋼と耐薬品性フェライト鋼の層との接合が熱間圧延クラッド法により行われるように便宜上構成されている。この場合、熱間圧延クラッド法は、好ましくは８００℃〜１２５０℃の範囲の温度で行われる。
【００３３】
本発明のさらなる一態様は、この方法に従って作製することができる鋼複合材に関する。
【００３４】
最後に、本発明のさらなる一態様は、上に記載した鋼複合材の、車両構造体、好ましくは車体構造体における使用に関する。使用が、Ｂピラー；電力潮流における構造部品；ガセットプレート；座席用レールと、高強度要件を伴い、腐食のリスクがある部品、例えば車台、タンク、クラッシュボックス、側面部材またはバッテリーボックスのための使用である場合が特に好ましい。本出願において、柔軟に設定または組み合わせることができる、複合材料の特性を特に有利に使用することができる。鋼複合材をオーダーメードの製品、好ましくは様々な厚さのフレキシブルに圧延された製品として設計することもできる。
【００３５】
多層鋼複合材を構成および精錬する、考えられる様々な方法が多数存在する。この点において、一方では独立請求項１に従属する特許請求の範囲が参照され、他方では実施形態の例が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】Ａは従来のＣ鋼／Ｃ鋼複合材による断面を示す図である。この鋼の炭素濃度プロファイルをＢに示す。均一に上昇する濃度プロファイルが示され、横断面にわたって強度の均一な増加をもたらす。
【図２】Ａは本発明による耐薬品性鋼（フェライト）／Ｃ鋼複合材による断面を示す図である。材料横断面にわたってこの場合に得られる炭素プロファイルＢは、フェライト系メッキ層とコア材料の間の境界層における濃度最大値の出現を示す。これによって、初期状態のコア材料の隣の材料が、Ｃ含有量が低下しているさらなる領域（Ｃシンク）を有することになる。この領域では、プレスハードニングと併せてオーステナイト化温度に加熱すると炭素含有量が低下するため、より高い炭素含有量を有する、影響を受けていないコアよりも、低いマルテンサイト硬度が達成される。
【図１】
2020509223.tif 000002
【図２】
2020509223.tif 000003
【国際調査報告】
2020509223.tif 000004
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2020509223.tif 000008
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