JP2014524979A

JP2014524979A - 鋼板ブランクを熱成形及び焼入れする方法

Info

Publication number: JP2014524979A
Application number: JP2014518485A
Authority: JP
Inventors: カタリーナ・エリクソン; ヨーン・ラーション
Original assignee: イェスタムプ・ハードテック・アクチエボラーグ
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-09-25
Also published as: EP2729587A1; WO2013006108A1; CN103582707A; SE1100523A1; EP2729587A4; SE535821C2; KR20140051934A; US20150090378A1

Abstract

鋼板ブランクを、オーステナイト領域まで加熱し、成形品温度がマルテンサイト形成の開始のための温度Ｍｓより幾分低下するまで、成形品を急冷する、冷却された工具対内で形成する。冷却は、急激に中断され、成形品温度を、それがＭｓを上回るまで上げ、材料が、５０体積％より多いベイナイトを含有するようになるまで維持する。Ｍｓ温度未満の短い時間は、ベイナイト形成に都合がよく、保持時間を短縮する。

Description

発明は、成形品を急速に冷却する工具対（tool pair）内にて、オーステナイト領域に加熱された材料を成形加工することによる、鋼板ブランク（blank）を熱成形及び焼入れする（hardening）方法に関わる。

自動車業界では、硬化可能なボロン鋼の鋼板ブランクを、オーステナイト領域まで加熱し、冷却された工具対内で形成し、成形品がマルテンサイト組織を得るように、数秒間治具としての工具対を用いて、工具対内に保持するプレス硬化技術で、形成、及び、硬化された高張力鋼の製品をますます多量に使用している。このプロセスにより、１４００ＭＰａより大きい引張強度がもたらされる。後続の作業、例えば、パンチング、又は、エッジのレーザー切断が、硬化された材料に施されるが、ときには、引き続き加工されようとする部分の急冷は、完全に硬化した材料の作業を避けるために、回避される。

ベイナイト組織を有する鋼は、プレス硬化プロセスで得られたものとほぼ同じ引張強度を有することが出来るが、ベイナイト組織は、マルテンサイト組織よりも靭性があり、延性がより大きい。特許文献１に、ベイナイト硬化の方法が記述されている。材料は、オーステナイト領域から、Ｍｓ（材料の形成の開始の為の温度）より僅かに高い温度まで急冷され、この温度をほぼ１０時間保持し、保持時間の最後に向かって、硬化時間を短縮するために、温度は上げられる。このプロセスを、ローラーベアリングのために使用することが出来る。

ＵＳ６，１４９，７４３

本発明の目的は、従来のプレス硬化で製造された製品よりもより優れた材料特性を有する製品を、経済的な方法で製造することである。もう１つの目的は、製品が完全に硬化する前に、後続の作業の可能性を作り出すことである。

成形品を、成形品温度が、マルテンサイトの形成開始のための温度未満に落ちるまで、急速に冷却し、次いで、成形品温度を、マルテンサイトの形成開始のための温度を越えるまで上げ、ベイナイトが形成されるまでそこに維持する。マルテンサイトの形成のため、及び、材料が５０体積％より大きいベイナイトを含むように、ベイナイトの形成のための時間と温度を選択することが出来る。その形成と急冷には、数秒を要し、一方、温度の維持には数十分を要する。温度維持のための時間（保持時間）を、後続の作業、例えば、エッジ切断のために活用することが出来る。

発明によるプロセスの一例のための時間−温度ダイアグラムである。プロセスを示すブロック・ダイアグラムである。

図２は、加熱炉１１内のオーステナイト相、冷却形成ツール１２内の形成相、及び、加熱炉１３内の後続温度保持を含むブロック・ダイアグラムを示す。

本発明によるプロセスの一例のための図１の温度カーブは、オーステナイト領域への、加熱炉内のブランク加熱である、第１の部分２０を示す。冷却された形成工具対への材料の移動（温度カーブのカーブ部分２１）は、通常５〜１０秒かかり、僅かの温度減少を伴う。低温の工具対内での形成は、ほぼ１秒、又は、数秒程度の時間であるが、製品は、Ｍｓ（材料の形成の開始の為の温度）より多少低い温度まで急冷されるまで、ツール内に留まる必要がある。マルテンサイトの形成は、瞬間的であり、温度の関数であるが、時間の関数ではない。従って、この冷却は、治具としての工具対で実行される。形成と急冷は、２２と表される。製品を、工具対から迅速に取り出し、マルテンサイト形成の開始が、熱を発生し、Ｍｓを越える可能性がある温度上昇２３を伴う。温度を、急速にＭｓより高くするために、別の熱を、例えば、誘導加熱、又は、放射加熱を使用することが出来る。次いで、カーブの部分２４によって表された、Ｍｓより僅かに高い均一温度に、製品を数分間保持する加熱炉に製品を移す。この後、製品を、点線のカーブ部分２５で表される、大気で冷却する、又は、カーブの部分２６で表されるように、スピードアップする。

マルテンサイトの形成の開始は、ベイナイト形成に都合が良く、ベイナイト形成のための保持時間は、一般的に、半時間より短く、又は、１０分未満、又は、さらに１分未満にまで短縮される。これは、経済的プロセスの必須条件である。マルテンサイトの総量を、温度をＭｓよりどれだけ低くするかの選択によって、予め決めることが出来る。ベイナイト形成の温度を、数十度変えることが出来、それゆえ、保持時間を、後続の作業、例えば、エッジ切断のために使用することが出来、この点は、材料がそれの完全な硬度に達する前に、行うのに好都合である、というのは、これにより、ツールの磨耗が減り、亀裂の開始、及び、製品を使用した時、続いて起こる亀裂の形成の危険性も減るからである。後続の作業を、成形ツールに統合することも出来、カーブの部分２２に統合することが出来る、即ち、マルテンサイトの形成の前に、又は、間に行うことが出来る。

変更されたプロセスにおいては、製品を第１の冷却工具対内で形成し、Ｍｓより僅かに高い温度まで冷却することが出来、成形品を、次いで、治具となり、製品をＭｓより幾分低い温度まで冷却する、第２の工具対へと移動することが出来る。この第２の工具対は、温度を維持するための加熱炉に製品を移動する前に、後続の作業を、例えば、エッジ切断を、同時に実行することが出来る。代わりに、後続の作業を、第１の工具対に統合することが出来る。２つの工具対は同時に働くことが出来、これにより、サイクル時間が短縮される。

ボロン鋼は、即ち、ボロン含有炭素マンガン鋼を、マルテンサイトへと完全に硬化する、従来のプレス硬化において使用される。炭素けい素マンガン鋼を、本発明によったプロセスにおいて、適切に使用することが出来る。その鋼は、０．２〜０．３重量％の炭素含有量、１〜２重量％のマンガン含有量、及び、１〜２重量％のけい素含有量を有することが出来る。さらに、総含有量が１重量％より小さい、クロム、及び、他の通例の合金材料が存在してよい。けい素は、セメンタイトの分離を防止し、望ましいミクロ構造を作る。

Claims

成形品を急冷する工具対内で、オーステナイト領域に加熱されたブランクを成形加工することによる、鋼板ブランクを熱成形及び焼入れする方法であって、
成形品を、成形品温度が、マルテンサイト形成の開始のための温度、Ｍｓ、未満に下がるまで冷却し、次いで、成形品温度を、それが、マルテンサイト形成の開始のための温度を越えるまで上げ、ベイナイトを形成するように熱間に維持することを特徴とする、上記方法。
高熱を、１〜２０分の保持時間維持することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
材料が、５０体積％を越えるベイナイトを含有するようになるように、温度を選択することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
成形品を、工具対内で直接、引き続き加工することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
材料を、第１の工具対内でＭｓより上の温度に冷却して下げ、成形し、成形されたブランクを、次いで、第２の工具対に移動し、そして治具としてのこの工具対で、Ｍｓより下の温度にさらに冷却することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
成形品を、第１の工具対内で、引き続き加工することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
成形品を、第２の工具対内で、引き続き加工することを特徴とする、請求項５に記載の方法。