JP2018530428A - オーステナイト系ｔｗｉｐまたはｔｒｉｐ／ｔｗｉｐ鋼からなる部材の製造方法 - Google Patents

オーステナイト系ｔｗｉｐまたはｔｒｉｐ／ｔｗｉｐ鋼からなる部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、オーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の製造方法に関する。平面製造物（1）の少なくとも１つの面に少なくとも１つのくぼみ（16）を設けて平面製造物（1）を変形させる。また、本発明は、延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を同一部材中に必要とする部材の使用に関する。

Description

詳細な説明
本発明は、オーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材を製造する方法に関するものである。部材の用途に望ましい鋼材の領域において、鋼からなる平面鋼板を変形させることにより、くぼみを得る。
自動車、トラック、バス、鉄道または農業用車両などの輸送システムの部材の製造に先立って、安全基準を満たすにはどの程度の強度および材料の厚みが必要か算出しなければならない。しかしながら、材料厚が必要以上に大きい部材の場合、「過剰設計である」と評価される。したがって、適切な材料を適切な位置に配するのが常である。通常、均質な材料を用いて機械技術的な数値（降伏強さおよび引っ張り強さ、伸度、硬度）の点で算出が行われる。
PCT国際公開第WO2014/096180号はプロファイル成形金属帯板を製造する方法に関するものであり、とくにステンレス鋼からなる所定の材料厚の金属帯板をコイル状に巻き取り、複数のローラを含む圧延スタンドに通す。金属帯板に実質上接触するローラの少なくとも一部には所定の形状が施されているため、ローラ形状の形態に応じて250マイクロメートル超のプロファイル深さを有するプロファイル部を金属帯板の両側に形成できる。プロファイル部の形成後、金属帯板をコイル状に巻き取り、必要に応じて、後熱処理を施す。このように、国際公開第WO2014/096180号の目的は、単に、所定の帯板厚を有する金属帯板の両側に所定の形状を設けることにある。また、国際公開第WO2014/096180号は、従来の矛盾を回避して、高い伸度と高い強度とを生み出す方法については何ら教示していない。
本発明は、従来技術におけるいくつかの問題を解消し、鋼材の厚さに効果を奏するのみならず、強度や延性など、他の機械的特性にも効果を奏するオーステナイト系鋼からなる部材を製造する方法を実現することを目的とする。本発明の基本的な特徴を、添付の特許請求の範囲に示す。
本発明によると、部材の製造において、TWIP（双晶誘起塑性）硬化効果を有するオーステナイト系鋼の平面製造物、またはTRIP（変態誘起塑性）およびTWIP（双晶誘起塑性）効果を組み合わせたオーステナイト系鋼の平面製造物を変形させて、少なくとも１つのくぼみを有する製造物を得る。変形製造物は、延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の各領域の組合せである。高強度の領域では強度も硬度も高いのに対し、延性材料の領域は伸度が高い。また、本発明は、同一部材中に、延性のある材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する部材の使用に関するものでもある。
変形製造物の製造時、平面製造物と冷間圧延機などの変形装置との機械的接触により、変形製造物の少なくとも１つの面に少なくとも１つのくぼみが形成される。くぼみは、変形製造物の用途における要件に応じた形態を有する。少なくとも１つのくぼみを有する変形製造物は、従来技術の製造物に比べ、強度と相まって伸度がより高く、疲労挙動が良好で亀裂成長も少なく、変形時の弾性戻りが少ないうえに、変形製造物の使用期間中の安全性が高い。
平面製造物は、オーステナイト型微細構造を有する鋼から作られる。鋼は、TWIP（双晶誘起塑性）硬化効果またはTRIP（変態誘起塑性）効果およびTWIP（双晶誘起塑性）効果の組合せを利用するものであり、積層欠陥エネルギーが20〜30mJ/m2である。オーステナイト系鋼は、10〜25重量％、好適には14〜18重量％のマンガンを含有し、（C+N）含有量が0.4〜0.8重量％の侵入型遊離窒素（N）および炭素（C）原子を有する。鋼がTRIP硬化効果を持つ準安定オーステナイト微細構造を有する場合、得られる積層欠陥エネルギーは20mJ/m2未満である。本例では、鋼は、10〜20.5重量％、好適には13〜17重量％のクロム、および3.5〜9.5重量％のニッケルも含有している。
本発明による平面製造物は、有利には平面薄板、帯板、ならびにスリット入り帯板、パネル板もしくは平板である。変形させる前の平面製造物の初期厚は0.15〜4.0ミリメートル、好適には0.8〜2.0ミリメートルである。平面製造物は冷間圧延によって変形させることが有利であり、少なくとも１つのロールをプロファイルされたロールにすることにより、平面製造物の面の圧延方向と交差する方向に所望の形状を有する少なくとも１つのくぼみを形成する。本発明の好適な実施形態において、少なくとも１つのロールをプロファイルされた形状にすることにより、平面製造物の面の圧延方向と交差する方向に沿って、もしくは圧延方向に平行な方向に沿って、または圧延方向と交差する方向および圧延方向に平行な方向の両方に沿って、所望の形態を有する２つ以上のくぼみを形成できる。くぼみを形成する少なくとも１つのロールのプロファイル部は、本発明の一実施形態においては実質的に互いに類似したものでよいが、くぼみを形成する少なくとも１つのロールの異形部は、本発明の別の実施形態では実質的に互いに異なるものでもよい。本発明によると、冷間圧延機の１つの作業ロールだけを所望のプロファイル形状にすることにより、平面製造物の１つの面のみを変形させることができる。しかし、冷間圧延機の両方の作業ロールをプロファイル形状にして、平面製造物の２つの面を変形させることも可能である。変形処理後、変形製造物を巻き取ってコイル状製造物として後続の処理を行うことが可能であるが、変形製造物は変形平面製造物として後続の処理に使用することもできる。
本発明に係る変形製造物のくぼみの形状は、ハチの巣状、波形、三角形、四角形、円形、十字形、線状、波紋状、くもの巣状、またはこれらの形態の任意の組合せである。くぼみによって機械的特性に応じて異なる数値を有する変形製造物の領域が形成されるため、くぼみの形態は変形製造物の用途によって決まる。機械的特性に応じた異なる数値に基づき、変形製造物は、例えば、延性領域特性のみを有する均質材料として、良好な疲労挙動を示す。
本発明による変形製造物へのTWIP（双晶誘起塑性）硬化効果またはTRIP（変態誘起塑性）効果とTWIP（双晶誘起塑性）効果の組合せの使用において、硬化の度合いは変形度合いによって決まるため、硬化度合いはくぼみの深さに相関する。くぼみのプロファイル部深さは、１つの変形ロールにおいて異なっていてもよく、これにより、くぼみの形態も異なっていてもよい。平面製造物の片側のくぼみは、平面製造物の初期厚から算定した最大30％の深さで変形できる。平面製造物の変形によって生じる硬化効果を逆転させる必要がある場合、温度900〜1250℃、好適には900〜1050℃で焼鈍を行うことにより硬化効果を逆転できる。
本特許発明による少なくとも１つのくぼみを有する変形製造物は、少なくとも以下の対象領域において部材として使用可能である。すなわち、
− 自動車の車体構造物における、成形過程において弾性戻りを伴って製造される高強度の薄板またはコイル、
− 車体構造関連部材、ピラー、カウル、ロールバー、バンパ、クラッシュボックス、溝型鋼、またはクロスチューブのようなシート部材といった自動車車両構造物の安全性に関連する部材、
− シャーシ部品、コントロールアーム、緩衝器またはストラットドームなど、自動車または鉄道車両の疲労設計部材、
− 側壁または床など、鉄道車両の剛性に関連する部材、
− バス、トラック、鉄道車両または鉄骨建築構造物の構造物用の管またはプロファイル部材。
本発明によって製造される変形製造物について、添付の図面を参照して詳細に述べる。
本発明の一実施形態で変形処理後の変形を示す簡略側方図である。 図１の実施形態を示す部分拡大図である。 くぼみの深さの影響を示す。 本発明の変形製造物および標準的な変形材の特性比較図である。
図１〜図４に示す材料は、TWIP効果を有するオーステナイト系ステンレス鋼であり、主要成分としての鉄の他に、重量％で、0.3％の炭素、16％のマンガン、14％のクロム、0.5％未満のニッケルおよび0.3％の窒素を含む。
図１によると、平面帯板１が作業ロール２および３で表す冷間圧延機に通されている。ロール２および３はプロファイル状に形成され、圧延方向に交差する方向および圧延方向と平行な方向の両方にくぼみを形成し、くぼみは変形帯板５の面にハチの巣構造を構成する。
図２では、図１の変形帯板５の一部を示す。平面帯板の初期厚を参照番号13で示し、30％の値のくぼみの深さを参照番号14で示す。変形後厚み12を有する変形帯板５は、面上に、高延性で伸度の高い非変形領域15を有する。冷間圧延機の作業ロール２および３（図１）によって形成されたくぼみ16は、厚み12を有する変形細片の面上に高強度で高硬度の変形領域を構成する。
図３は関係を示した試験結果であり、横軸は、本発明に従って変形された試験試料における測定点を示す。試験試料は５つの領域21、22、23、24および25においてそれぞれ異なる圧痕深さ180、80、75、90および155で変形させた。縦軸は、局部ビッカース硬度（HV1）を表す。図３の試験結果は、ビッカース硬度（HV1）が試験試料の圧痕深さに正比例することを示している。
図４は、試験試料から伸度（A80）および降伏強さRp0.2を測定した試験結果を示し、本発明に従って試験試料（invention_1〜5）を変形させて、材料の面に圧痕を形成した。他の試験試料は（old_1〜5）は、比較のため変形させなかった。図４は、変形させていない試験試料の伸度値が変形させた試験試料の値よりも高いが、変形させていない試験試料の降伏強さは、変形させた試験試料に比べ、実質的に低下することを示している。材料の面に圧痕を形成する変形処理により、高い強度および高い伸度の両方を同時に得られる。

Claims (16)

  1. オーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材を製造する方法において、平面製造物（1）の少なくとも１つの面に少なくとも１つのくぼみ（16）を設けて該平面製造物（1）を変形させ、該変形した製造物（5）には延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を設けることを特徴とする方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、前記平面製造物（1）の変形前の初期厚は、0.15〜4.0ミリメートルであり、好適には0.8〜2.0ミリメートルであることを特徴とする方法。
  3. 請求項１または２に記載の方法において、前記平面製造物（1）の初期厚（13）から算出される前記くぼみの深さ（14）は、該厚さの最大30％であることを特徴とする方法。
  4. 請求項３に記載の方法において、TWIPまたはTRIP/TWIP効果は前記くぼみの深さ（14）に正比例することを特徴とする方法。
  5. 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記平面製造物（1）の変形は冷間圧延によって行って、少なくとも１つのロール（2、3）をプロファイルされたローラ（2、3）にすることにより、該平面製造物（1）の面の圧延方向に交差する方向に所望の形状を有する少なくとも１つのくぼみ（16）を形成することを特徴とする方法。
  6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、前記平面製造物（1）の変形は冷間圧延によって行って、少なくとも１つのロール（2、3）をプロファイルされたロール（2、3）にすることにより、該平面製造物（1）の面の圧延方向に平行な方向に所望の形状を有する少なくとも１つのくぼみ（16）を形成することを特徴とする方法。
  7. 請求項１ないし４のいずれかに記載の方法において、前記平面製造物（1）の変形は冷間圧延によって行って、少なくとも１つのロール（2、3）をプロファイルされたロール（2、3）にすることにより、該平面製造物（1）の面の圧延方向に交差する方向および圧延方向に平行な方向の両方に、所望の形状を有する２つ以上のくぼみ（16）を形成することを特徴とする方法。
  8. 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記くぼみ（16）は、ハチの巣状、波形、三角形、四角形、円形、十字形、線状、波紋状、くもの巣状、またはこれらの形態の任意の組合せによる形態を有することを特徴とする方法。
  9. 前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記平面製造物（1）の変形によって生じる硬化効果は、900〜1250℃、好適には900〜1050℃の温度で焼鈍することにより逆転可能であることを特徴とする方法。
  10. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、自動車の車体構造における弾性戻りを伴った高強度の薄板またはコイルとしての使用。
  11. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、車体構造関連部材、ピラー、カウル、ロールバー、バンパ、クラッシュボックス、溝型鋼などの自動車の車体構造の安全性に関連する部材としての使用。
  12. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、クロスチューブなどのシート部材としての使用。
  13. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、シャーシ部品、コントロールアーム、緩衝器またはストラットドームなど、自動車または鉄道車両の疲労設計部材としての使用。
  14. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、鉄道車両の側壁または床などの硬度に関連するプロファイル部材としての使用。
  15. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、バス、トラック、鉄道車両の構造に用いられる管またはプロファイル部材としての使用。
  16. 延性材料の母材に埋め込まれた高強度の鋼の領域を有する変形したくぼみ（16）を備えたオーステナイト系TWIPまたはTRIP/TWIP鋼からなる部材の、鉄骨建築構造物などの構造物に用いられる管または異形材としての使用。
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