JP2018522137A - オーステナイト鋼で作られたコンポーネントを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＴＷＩＰ効果を用いてオーステナイト系マンガン合金鋼で作られたコンポーネントを製造するための方法に関する。コンポーネント（１）は、コンポーネント（１）がコンポーネント（１）の各領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）において０．５〜２ｍｍの５範囲の基本的に同じ厚さを有するが、コンポーネント（１）が異なる機械的性質の値を有する少なくとも２つの領域を有するように、変形される。【選択図】図１

Description

本発明は、オーステナイト系マンガン合金鋼で作られたコンポーネントを製造するための方法であって、鋼のＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）効果を用いてコンポーネント全体で基本的に同じ厚さを有するが、異なる機械特性値を有する領域を有するコンポーネントを実現する方法に関する。

自動車、トラック、バス、鉄道用車両または農業用車両などの輸送システムのためのコンポーネントを製造するとき、ＴＲＩＰ（変態誘起塑性）を実現するオーステナイト系またはフェライト系の鋼が用いられる。安全性要件を満たすためにどれだけの強度および材料厚さが必要であるかが計算される。しかし、必要より高い厚さを有するコンポーネントの区域があるときは、「過剰設計されている」ことになる。したがって、正しい場所に正しい材料を有する配置が用いられる。そのような可能性は、「マルチ材料設計」あるいはテーラードロール成形、テーラード焼戻しまたはテーラード溶接ブランクのように「テーラード製品」と呼ばれる。それは、実際には、均一な材料特性を用いて計算され、したがって、単に複数の厚さを用いて製作されるかまたは異なる材料および薄板を組合せることを意味する。

特許文献１は、高マンガン合金鋼のＴＲＩＰ硬化効果を用いる特別な脱炭焼鈍プロセスにより、壁または条片厚さにわたって調節可能である特性を有するワークピースを製造するための方法を記載している。

特許文献２は、唯一の材料、オーステナイト系軽量建築用鋼材で異なる材料特性を有するコンポーネントを製造するための方法を記載している。コアは、オーステナイト系軽量建築用鋼材が温度依存性の変態誘起塑性（ＴＲＩＰ）および／または双晶誘起塑性（ＴＷＩＰ）効果を有する特定の成形によって達成される。コンポーネントは、室温より４０〜１６０℃高い温度のときに高い靭性を、かつ室温より−６５℃から０℃低い温度のときに高い強度を得るように作られる。特許文献３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、残りはＦｅおよび避けられない不純物であるＴＷＩＰおよびナノ双晶オーステナイト系ステンレス鋼を製造するための方法におけるグライオジェニック（gryogenic）処理が記載されている。

ＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）効果は、化学組成、オーステナイト微細構造硬化効果および積層欠陥エネルギー（２０〜３０ｍＪ／ｍ^２）に依存する。ＴＷＩＰ効果においては変形双晶の形成により大量の変形が推進される。双晶は、微細構造がますます細かくなるとき瞬間硬化速度の高い値の原因となる。結果として生じる双晶境界は、結晶粒界のように作用し、鋼を強化する。硬化速度値は、３０％の近似加工歪みにおいて０．４の値に増加してから、均一伸び率および全伸び率が５０％に達するまで一定にとどまる。

異なる化学組成によるＴＷＩＰ効果を有する鋼種の製造のための方法はまた、たとえば特許文献４において、特許文献５において、特許文献６において、特許文献７においておよび特許文献８において記載されている。

特許文献９は、耐食性が要請される場合に、エネルギー吸収のための複雑な幾何形状を有する自動車コンポーネント、構造強化材および／または深絞り加工による応用物を製造するための、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、残りはＦｅおよび避けられない不純物である、ＴＷＩＰ効果を有するオーステナイト系ステンレス鋼の使用に関する。

米国特許出願公開第２０１３／０４８１５０号 国際公開第２０１４／１８０４５６号 米国特許出願公開第２０１４／３２８７１５号 中国特許出願公開第１０３５５６０５２号 中国特許出願公開第１０２３１２１５８号 欧州特許出願公開第２ ６４９ ２１４号 韓国公開特許第２０１０００２８３１０号 韓国公開特許第２０１００００９２２２号 国際公開第２０１４／０９７１８４号

従来技術は、ＴＷＩＰ硬化効果を有する鋼を作り出す、または製造する方法と、鋼のためのそれらの特定の化学分析とは何か、を記載することに集中している。特許文献９は自動車コンポーネントのための鋼の使用についてのみ言及しているが、特許文献９は、そのオーステナイト系ステンレス鋼を用いてコンポーネントがどのように製造されるかを記載していない。

本発明の目的は、従来技術の弱点を取り除くこと、および基本的に同じ厚さを有する半製造された製品の、異なる機械性質の値を有する領域を有するコンポーネントへの成形により、ＴＷＩＰ効果を用いてオーステナイト系マンガン合金鋼で作られたコンポーネントを製造するための方法を確立することである。本発明の本質的特徴は、添付の請求項に組み込まれている。

本発明の方法によると、基本的に同じ厚さを有するコンポーネントを実現するために、マンガン合金鋼で作られたワークピースが、鋼のＴＷＩＰ（双晶誘起塑性）効果を用いて変形され、均一な厚さの範囲は、０．５〜２．０ｍｍであるが、コンポーネントは、異なる機械的性質の値を有する少なくとも２つの領域を有する。各領域について望まれる機械的性質の値は、ワークピースについて行われる変形レベルまたは変形度に依存する。したがって、本発明によると、たとえば靭性、エネルギー吸収、衝突抵抗について異なる挙動を有する領域を、コンポーネント中に実現することが可能である。

ＴＷＩＰ効果において、硬化のレベルは、変形度または変形レベル（自然歪み）に依存するが、変形プロセスに依存しない。したがって、ＤＩＮ ８５８２に従うすべての成形プロセスが可能である。

本発明の方法において変形されるワークピースは、１８〜３０ｍＪ／ｍ^２の範囲の積層欠陥エネルギーを有するオーステナイト系鋼で作られる。鋼のマンガン含有率は、１０〜２５重量％、好ましくは１５〜２０重量％である。鋼は、有利には、炭素含有率と窒素含有率との和（Ｃ＋Ｎ）が少なくとも０．４重量％であるが１．２重量％より低くなるように、格子間非係合窒素原子および炭素原子を含有し、鋼は、有利には、１０．５重量％を超えるクロムも含有することができ、したがってオーステナイト系ステンレス鋼である。鋼が必須含有率の少なくとも１種類のフェライト形成体、たとえばクロムを含有する場合、鋼の微細構造中にオーステナイトの均衡の取れた唯一の含有率を有するために、オーステナイト形成体、たとえばマンガン、炭素、窒素、ニッケルまたは銅の含有率による補償が行われる。

本発明によって変形されるワークピースは、有利には、薄板、管、プロファイル、ワイヤ、結合リベットの形、あるいはＴＷＩＰ効果により変形させることによって、変形レベルまたは変形度に応じて機械−技術値の局所設定を実現することが可能である何れかの類似の形状である。たとえば、本発明の方法によって鋼の硬度および強度が増加する。

変形時のＴＷＩＰ効果と関連する本発明の一実施態様として、鋼は、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態に基づくＴＲＩＰ（変態誘起塑性）効果も利用することができる。このＴＲＩＰ効果は、積層欠陥エネルギーに依存する。積層欠陥エネルギーが１８〜２０ｍＪ／ｍ^２の範囲にあるとき、変形時にＴＲＩＰ効果が存在することができ、そのような場合に一部のオーステナイトはマルテンサイトに変態するが、その場合にもオーステナイトの主要部分は、ＴＷＩＰ効果を受け、いかなる相変態もない。

本発明によるワークピースの変形は、基本的にすべての普通の変形プロセスによって行うことができる。ローリング、インプレッション、プレス加工、打ち抜き、切断、スタンプ加工またはジャック加工（jacking）などの圧力変形プロセスならびに深絞り、カッピング、液圧成形、高圧成形、カラー成形または張り出し加工などのプッシュプル成形プロセスが本発明の方法に適している。エンボス加工などの引張成形プロセスおよび曲げ加工、カール加工、シールカール加工などの曲げ成形プロセスまたは座屈による曲げ加工を利用することができる。さらに、せん断成形、表面歪みまたは爆発成形などの特殊な成形プロセスが適している。さらにまた、クリンチング（clincing）またはリベット打ちのような成形法に依存する結合プロセスが本発明で利用可能である。

本発明の変形時に、ワークピースは、コンポーネント機能の使用に基づきコンポーネントにとって望ましい形または幾何形状に変形される。典型的な形は、波形、薄刃べり、折畳み、プレスカットおよびカットエッジであってよい。コンポーネントの形または幾何形状は、コンポーネントが別のコンポーネントと有利に機械的に結合されることができるように選ぶこともできる。

所望のコンポーネントへのワークピースの本発明による変形は、０〜４００℃、好ましくは２０〜８０℃の温度範囲で行われる。

本発明によって変形されるコンポーネントは、輸送システム、たとえば自動車、トラック、バス、鉄道用車両または農業用車両のために、ならびに自動車産業のために、さらには建物および鉄骨構造、たとえば床板において利用することができる。

コンポーネントは、たとえば
− 鉄道車両車体の側壁、床板、屋根、ステッププレートまたは入口コンポーネント、
− 乗用車のバンパー、横材、縦材、前壁、フェンダー、計器盤、ピラー、チャネル、
− 農業用機械、バスまたはトラックの成形薄板、管またはプロファイル、
等として用いることができる。

本発明の方法によって製造されるコンポーネントを用いると、どこで延性区域、どこで硬化区域が必要であるかという事実に基づいてコンポーネントの領域を定義することにより、材料特性として衝突時の侵入を制御することが可能である。

本発明の方法によれば、延性のある柔らかな材料として成形治具に入り、高強度コンポーネントとして出ると有利である。通常、従来技術において高強度コンポーネントを有することが望まれるとき、同じ高強度材料として成形治具に入り、出なければならない。その場合、変形度が材料にとって過度であったために、成形プロセス時に材料の表面において亀裂発生の可能性がある。

本発明は、添付の図面を参照してより詳細に例示される。

自動車のＢピラーとして利用されるコンポーネントのための本発明の一実施態様を示す。 図１によるコンポーネントの領域における引張強度測定に基づく結果を示す。

図１において、自動車のＢピラー１は、１．０ｍｍの均一な厚さのオーステナイト系ＴＷＩＰ鋼薄板で作られ、０．０８重量％の炭素、２１重量％のマンガン、１３重量％のクロム、０．５重量％未満のニッケルおよび０．４０〜０．４５重量％の窒素を含有する。Ｂピラー１は、３０％、３０〜３５％、７％および１５％の変形度をそれぞれ有する４つの領域Ａ、Ｂ、ＣおよびＤがあるように変形される。領域Ａには５つの測定点（１〜５）、領域Ｂには５つの測定点（６〜１０）、領域Ｃには７つの測定点（１１〜１７）、領域Ｄには７つの測定点（１８〜２４）がある。

図２は、Ｂピラー１の各測定点１〜２４における引張強度値を例示する。結果として、高い変形度を有する領域ほど高い引張強度を有することが示される。

Claims (13)

1. ＴＷＩＰ効果を用いてオーステナイト系マンガン合金鋼で作られたコンポーネントを製造するための方法であって、前記コンポーネント（１）は、前記コンポーネント（１）が前記コンポーネント（１）の各領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）において０．５〜２ｍｍの範囲の基本的に同じ厚さを有するが、前記コンポーネント（１）が異なる機械的性質の値を有する少なくとも２つの領域を有するように、変形されることを特徴とする方法。
2. 前記コンポーネント（１）の各領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）にとって望ましい前記機械的性質の値は、前記変形度に依存することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記変形は、０〜４００℃、好ましくは２０〜８０℃の温度範囲で行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記変形は、圧力変形プロセスによって行われることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記変形は、プッシュプル成形プロセスによって行われることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
6. 前記変形は、引張成形プロセスによって行われることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
7. 前記変形は、曲げ成形プロセスによって行われることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
8. 変形される前記オーステナイト系鋼は、薄板、管、プロファイル、ワイヤ、結合リベットの形であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
9. 変形される前記オーステナイト系鋼は、１０〜２５重量％、好ましくは１５〜２０重量％のマンガンを含有することを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
10. 変形される前記オーステナイト系鋼の炭素含有率と窒素含有率との和（Ｃ＋Ｎ）は、０．４重量％を超えるが１．２重量％未満であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
11. 変形される前記オーステナイト系鋼は、１０．５重量％を超えるクロムを含有することを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
12. 変形される前記オーステナイト系鋼の積層欠陥エネルギーは、１８〜３０ｍＪ／ｍ^２の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
13. 変形される前記オーステナイト系鋼の積層欠陥エネルギーは、１８〜２０ｍＪ／ｍ^２の範囲にあり、前記ＴＲＩＰ効果は、前記ＴＷＩＰ効果と関連する前記変形時に前記鋼中で利用されることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。