JP2020509179A - ホットプレス成形されたアルミニウムメッキ鋼部品の製造方法 - Google Patents

ホットプレス成形されたアルミニウムメッキ鋼部品の製造方法 Download PDF

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Abstract

プレス焼入れされた被覆部品の製造方法であって、N個の区域を含む炉(F)を準備し、炉の各区域は、設定温度Θ1F、Θ2F、ΘiF、..、ΘNFでそれぞれ加熱され、以下の連続するステップを実施し、すなわち、厚さthが0.5〜5mmの間に含まれ、厚さが15〜50μmの間に含まれるアルミニウム合金プレコートで被覆された鋼基板を含み、放射率係数が0.15(1+a)に等しく、aは0〜2.4の間に含まれる鋼板を準備し、鋼板を切断してプレコート鋼ブランクを得、その後、プレコート鋼ブランクを、5〜600秒の間に含まれる持続時間tiの間、炉の区域1に配置し、Θ1F及びt1は、Θ1Fmax>Θ1F>Θ1Fmin、Θ1Fmax=(598+AeBt1+CeDt1)及びΘ1Fmin=(550+A’eB’t1+C’eD’t1)であり、A、B、C、D、A’、B’、C’、D’はA=(762e0.071th−426e−0.86th)(1−0.345α)、B=(−0.031e−2.151th−0.039e−0.094th)(1+0.191α)、C=(394e0.193th−434.3e−1.797th)(1−0.364α)、D=(−0.029e−2.677th−0.011e−0.298th)(1+0.475α)、A’=(625e0.123th−476e−1.593th)(1−0.345α)、B’=(−0.059e−2.109th−0.039e−0.091th)(1+0.191α)、C’=(393e0.190th−180e−1.858th)(1−0.364α)、D’=(−0.044e−2.915th−0.012e−0.324th)(1+0.475α)であり、Θ1F、Θ1Fmax、Θ1Fminは℃で表され、t1は秒で表され、thはmmで表され、その後プレコート鋼ブランクを、設定温度Θ2F=Θ1Bで加熱された炉の区域2に移し、プレコート鋼ブランクを持続時間t2の間等温に維持し、Θ2F及びt2は、t2min≧t2≧t2max、t2min=0.95t2*及びt2max=1.05t2*及びt2*=t12(−0.0007th2+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F)であり、Θ2Fは℃で表され、t2、t2min、t2max及びt2*は秒で表され、thはmmで表され、その後850〜950℃の間に含まれる最高ブランク温度ΘMBに達するようにプレコート鋼ブランクを炉のさらなる区域(3,...i,...N)に移し、Θ2F〜ΘMBの間のブランクの平均加熱速度Vaは5〜500℃/秒の間に含まれ、加熱された鋼ブランクを炉からプレスへ移し、その後加熱された鋼ブランクをプレス内で熱間成形して部品を得、その後マルテンサイト又はベイナイトから選択される少なくとも1つの成分を含む、鋼基材中の微細組織を得るために、ある冷却速度で部品を冷却する方法。

Description

本発明は、いわゆるプレス焼入れ部品又はホットプレス成形部品を得るために、加熱、プレス成形、及び冷却されたアルミニウムメッキプレコート鋼板から出発して、部品を製造する方法に関する。これらの部品は、自動車又はトラックの侵入防止機能又はエネルギー吸収機能を確保するために使われる。
自動車産業における最近のホワイトボディ構造の製造について、プレス焼入れ法(ホットスタンピング法又はホットプレス成形法とも呼ばれる)は、自動車の安全性及び軽量化を高められる高い機械的強度を有する鋼部品の生産のための成長している技術である。
アルミニウムメッキプレコート板又はブランクを用いるプレス焼入れの実施は、特に、刊行物FR2780984及びWO2008053273から知られており、熱処理可能なアルミニウムメッキ鋼板を切断してブランクを得、炉内で加熱し、プレス内にすばやく移し、プレスダイ内で熱間成形し、冷却する。炉内での加熱の間、アルミニウムプレコートは鋼基材の鉄と合金化され、その結果、脱炭及びスケール形成に対する鋼表面の保護を確実にする化合物を形成する。この化合物は、プレス内での熱間成形を可能にする。加熱は、基材鋼をオーステナイトに部分的又は完全に変態させることができる温度で行われる。このオーステナイトは、プレスダイからの熱伝達によって引き起こされる冷却中に、それ自体をマルテンサイト及び/又はベイナイトのような微細組織成分に変化させ、鋼の構造的焼き入れを達成する。その後、プレス焼入れ後に高い硬度及び機械的強度が得られる。
典型的な方法では、基材中に完全なオーステナイトの微細組織を得るために、プレコートされたアルミニウムメッキ鋼ブランクを3〜10分間炉内で最高温度880〜930℃まで加熱し、その後数秒以内にプレス内に移し、直ちに所望の部品形状に熱間成形し、同時にダイの急冷によって焼き入れする。部品の変形区域においてさえ完全なマルテンサイト組織が望まれる場合、22MnB5鋼から出発して、冷却速度は50℃/秒より高くなければならない。約500MPaの初期引張強度から出発して、最終プレス焼入れ部品は、完全なマルテンサイト微細組織及び約1500MPaの引張強度値を有する。
WO2008053273に説明されているように、ホットプレス成形前のブランクの熱処理は、ブランクがセラミックローラー上を連続して移動するトンネル炉内で最も頻繁に行われる。これらの炉は一般に、互いに断熱された異なる区域から構成され、各区域は個々の加熱手段を有する。加熱は一般に、放射管又は放射電気抵抗を用いて行われる。各区域において、設定温度は、残り区域の値から事実上独立した値に調整することができる。
所定の区域内を移動するブランクが受ける熱サイクルは、この区域の設定温度、考慮される区域の入口におけるブランクの初期温度、ブランクの厚さ及びその放射率、並びに炉内でのブランクの移動速度等のパラメータに依存する。ローラーを汚すおそれのあるプレコートの溶融のために、加熱炉に問題が生じることがある。汚れの結果、ときおり生産ラインをメンテナンスのために一時的に停止しなければならず、ラインの生産性が低下する。
狭い範囲(典型的には各面に20〜33ミクロンのアルミニウムプレコート)での初期コーティング変動の調節及び加熱速度の制限によって、溶融のリスクは低下する。しかし、ライン内の温度サイクルの管理のための一般的なガイドラインが存在するにもかかわらず、最適な処理パラメータを選択するにはかなりの困難が残っている。
より正確には、ホットスタンピング業界は、最良の設定を選択するための相反する要求に直面している。すなわち、
・一方では、プレコートの溶融のリスクは、遅い加熱速度及び遅いライン速度の選択によって低下させることができる。
・他方、高いライン生産性には高い加熱速度及び高いライン速度が必要となる。
したがって、アルミニウムプレコートの溶融のリスクを完全に回避し、同時に可能な限り高い生産性を提供する製造方法に対する必要性が存在する。
さらに、上述のように、炉内でブランクが受ける熱サイクルは、その初期放射率に依存する。ラインの設定は、ある初期値の放射率を持つ鋼ブランクによく適している。異なる初期放射率係数を有する別のブランクが連続して提供される場合、前記ライン設定はこの他の板には理想的に適していないことがある。したがって、初期ブランク放射率を考慮に入れて、炉内の設定を簡単かつ迅速に適応させることを可能にする方法に対する必要性が存在する。
さらに、プレコート鋼ブランクは、均一でない厚さを有することがある。これは、いわゆる「テーラード圧延ブランク」の場合であり、これは、板の長さ方向に沿って可変である力で圧延する方法によって得られる板を切断することによって得られる。あるいは、これは、厚さの異なる少なくとも2つのサブブランクの溶接によって得られる、いわゆる「テーラード溶接ブランク」の場合にもあり得る。不均一な厚さを有するこれらのブランクについては、溶融のリスクを回避すると同時に加熱速度を最大にするために、このようなブランクの加熱を誘導する方法が必要である。
仏国特許発明第2780984号明細書 国際公開第2008/053273号
この目的のために、本発明は、以下を含むプレス焼入れされた被覆部品の製造方法に関する。
・N個の区域を含む炉(F)を準備し、Nは2以上であり、炉の各区域1、2...i...、Nは、設定温度Θ1F、Θ2F、...ΘiF、...、ΘNFでそれぞれ加熱され、
・この順に、以下の連続するステップを実施し、すなわち
・厚さthが0.5〜5mmの間に含まれ、厚さが15〜50マイクロメートルの間に含まれるアルミニウム合金プレコートで被覆された鋼基材を含み、鋼板の室温における放射率係数が0.15(1+α)に等しく、αは0〜2.4の間に含まれる、少なくとも1枚の鋼板を準備するステップ、その後
・鋼板を切断してプレコート鋼ブランクを得るステップ、その後
・プレコート鋼ブランクを、5〜600秒の間に含まれる持続時間tの間、炉の区域1に配置し、Θ1F及びtは、以下のようであり、
Θ1Fmax>Θ1F>Θ1Fmin
Θ1Fmax=(598+AeBt1+CeDt1)で
Θ1Fmin=(550+A’eB’t1+C’eD’t1
A、B、C、D、A’、B’、C’、D’は以下のようであり、
A=(762e0.071th−426e−0.86th)(1−0.345α)
B=(−0.031e−2.151th−0.039e−0.094th)(1+0.191α)
C=(394e0.193th−434.3e−1.797th)(1−0.364α)
D=(−0.029e−2.677th−0.011e−0.298th)(1+0.475α)
A’=(625e0.123th−476e−1.593th)(1−0.345α)
B’=(−0.059e−2.109th−0.039e−0.091th)(1+0.191α)
C’=(393e0.190th−180e−1.858th)(1−0.364α)
D’=(−0.044e−2.915th−0.012e−0.324th)(1+0.475α)
ここで、Θ1F、Θ1Fmax、Θ1Fminは℃で表され、tは秒で表され、thはmmで表され、炉の区域1の出口におけるプレコート鋼ブランクの温度はΘ1Bであるステップ、その後
・前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを、設定温度Θ2F=Θ1Bで加熱された炉の区域2内に移し、プレコート鋼ブランクを持続時間tの間等温に維持し、Θ2F及びtは以下のようであり、
2min≧t≧t2max
ただし、t2min=0.95t 及びt2max=1.05t
=t (−0.0007th+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F
ここで、Θ2Fは℃で表され、t、t2min、t2max及びt は秒で表され、thはmmで表されるステップ、その後
・850〜950℃の間に含まれる最高ブランク温度ΘMBに達するように、前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを炉のさらなる区域(3,...i,...N)に移し、Θ2F〜ΘMBの間のブランクの平均加熱速度Vは5〜500℃/秒の間に含まれるステップ、その後
・鋼ブランクを炉からプレスへ移すステップ、その後
・加熱された鋼ブランクをプレス内で熱間成形して部品を得、その後、
マルテンサイト又はベイナイトの中から選択される少なくとも1つの成分を含む、鋼基材中の微細組織を得るために、ある冷却速度で部品を冷却する。
一実施形態によると、加熱速度Vは、50〜100℃/秒の間に含まれる。
別の実施形態によると、プレコートは、重量で、5〜11%のSi、2〜4%のFe、任意に0.0015〜0.0030%の間のCaを含み、残りはアルミニウム及び加工に固有の不純物である。
特定の実施形態によると、速度Vでの加熱は、赤外線加熱によって行われる。
別の特定の実施形態によると、速度Vでの加熱は、誘導加熱によって行われる。
一実施形態によれば、鋼ブランクは、一定ではなく、thmin〜thmaxの間で変化する厚さを有し、比率thmax/thminは≦1.5であり、前記製造方法は、th=thminで決定されるΘ1F及びtを有する炉の区域1で実施され、th=thmaxで決定されるΘ2F及びtを有する炉の区域2において実施される。
別の実施形態では、プレコート鋼ブランクを炉の区域2に維持した後、プレコート鋼ブランクを炉のさらなる区域に移す前に、プレコート鋼ブランクを室温まで冷却し、冷却された被覆鋼ブランクを得る。
一実施形態によると、冷却された被覆鋼ブランクは、0.33〜0.60の間に含まれる比率Mnsurf/Mnを有し、Mnsurfは、重量%で表される冷却された被覆鋼ブランクの表面上のMn含有率であり、Mnは、重量%で表される鋼基材のMn含有率である。
一実施形態によると、加熱速度Vは、30℃/秒よりも速い。
特定の実施形態では、加熱速度Vは、抵抗加熱によって得られる。
別の特定の実施形態では、厚さthを有する複数のブランクバッチが準備され、少なくとも1つ(B1)は、α=αを有するバッチであり、少なくとも1つは、α=αを有するバッチ(B2)であり、α≠αであり、
・バッチ(B1)は、請求項1に従って選択された方法の条件下(Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α))でプレス焼入れされ、その後、
・バッチ(B2)は、請求項1に従って選択された方法の条件下(Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α))でプレス焼入れされ、
・炉の区域(3、...i、...N)における温度及び持続時間は、(B1)及び(B2)について同一である。
別の特定の実施形態では、鋼板を切断した後、炉の区域1にプレコート鋼ブランクを配置する前に、室温におけるプレコート鋼ブランクの放射率が測定される。
本発明は、上記のように製造された冷却された被覆鋼ブランクにも関し、冷却された被覆鋼ブランクは、0.33〜0.60の間に含まれる比率Mnsurf/Mnを有し、Mnsurfは、重量%で表される冷却された被覆鋼ブランクの表面上のMn含有率であり、Mnは、重量%で表される鋼基材のMn含有率である。
本発明はまた、加熱されたブランクからプレス焼入れ部品を製造するという観点から、ブランクのバッチを加熱するための装置に関し、この装置は、
・加熱前に室温でのブランクのバッチの初期放射率をオンラインで測定する装置であって、炉(F)の前に配置され、特性決定されるブランクに向けられた赤外線源及び反射フラックスを受けて反射率を測定するセンサを含む装置、
・N個の区域を含む炉(F)であって、Nは2以上であり、炉の各区域1、2...i、...Nは炉の各区域内の温度Θ1F、Θ2F...ΘiF、,..ΘNFを独立に設定するための加熱手段(H、H..、H、H)を有する炉、
・ブランクを各区域iから区域i+1に向かって続けて連続的に移動させる装置、
・請求項1に従って値Θ1Fmax、Θ1Fmin、t2min、t2miaxを計算するためのコンピュータ装置、
・ブランクの異なったバッチ間の初期放射率の変化が検出された場合、計算された温度を伝達し、計算された温度に従って設定温度Θ1F、Θ2F...ΘiF、,..ΘNFを調整するために加熱手段(H、H..H、H)におけるエネルギー入力の最終的な修正を実施するための装置
を備える。
本発明はまた車両の構造部品又は安全部品の製造のための、上記のような方法で製造された鋼部品の使用に関する。
本発明を、限定を導入することなく、より詳細に記載し、実施例によって例示する。
厚さ0.5〜5mmの範囲である鋼板を準備する。この板は、その厚さに応じて、熱間圧延、又は熱間圧延後に冷間圧延によって製造することができる。厚さが0.5mm未満では、厳しい平坦度要件を満たすプレス焼入れ部品を製造することは困難である。板の厚さが5mmを超えると、厚さ内で熱勾配が生じ、その結果、微細組織の不均一性が生じる可能性がある。この板は、アルミニウム合金でプレコートされた鋼基材で構成される。基材の鋼は、熱処理可能な鋼、すなわち、オーステナイトドメインでの加熱及びさらなる焼き入れの後にマルテンサイト及び/又はベイナイトを得ることを可能にする組成を有する鋼である。
非限定的な例として、重量パーセントで表される以下の鋼組成を使用することができ、プレス焼入れ後に異なるレベルの引張強度を得ることができる。
・0.06%≦C≦0.1%、1.4%≦Mn≦1.9%、合金化元素としてのNb、Ti、Bの任意選択の添加、残りは鉄及び精密化から生じる不可避的不純物であり、
・0.15%≦C≦0.5%、0.5%≦Mn≦3%、0.1%≦Si≦1%、0.005%≦Cr≦1%、Ti≦0.2%、Al≦0.1%、S≦0.05%、P≦0.1%、B≦0.010%、残りは鉄及び精密化から生じる不可避的不純物であり、
・0.20%≦C≦0.25%、1.1%≦Mn≦1.4%、0.15%≦Si≦0.35%、≦Cr≦0.30%、0.020%≦Ti≦0.060%、0.020%≦Al≦0.060%、S≦0.005%、P≦0.025%、0.002%≦B≦0.004%、残りは鉄及び精密化から生じる不可避的不純物であり、
・0.24%≦C≦0.38%、0.40%≦Mn≦3%、0.10%≦Si≦0.70%、0.015%≦Al≦0.070%、Cr≦2%、0.25%≦Ni≦2%、0.015%≦Ti≦0.10%、Nb≦0.060%、0.0005%≦B≦0.0040%、0.003%≦N≦0.010%、S≦0.005%、P≦0.025%、残りは鉄及び精密化から生じる不可避的不純物であり、
・プレコートは溶融アルミニウム合金、すなわち、重量で50%より高いAl含有率を有する合金である。好ましいプレコートは重量で、5〜11%のSi、2〜4%のFe、任意に0.0015〜0.0030%のCaを含み、残りはAl及び精錬から生じる不純物であるAl−Siである。このプレコートの特徴は、本発明の熱サイクルに特に適する。
このプレコートは溶融法から直接生じる。このことは、後で説明する加熱サイクルの前に、溶融アルミニウムメッキによって直接得られた板には追加の熱処理が行われないことを意味する。鋼板の両側のプレコート厚さは、15〜50マイクロメートルの間に含まれる。プレコート厚さが15マイクロメートル未満の場合、ブランクの加熱中に形成される合金化コーティングは不十分な粗さを有する。したがって、この表面ではその後の塗装の接着性は低く、耐食性が低下する。
プレコート厚さが50マイクロメートルを超える場合、鋼基材からの鉄との合金化は、コーティングの外側部分ではるかに困難になる。
その特定の組成及び粗さによれば、プレコートの放射率εは、0.15〜0.51の間に含まれることができる。放射率0.15のプレコート板を基準板とすると、放射率の範囲は0.15(1+α)としても表すことができ、ここで、αは0〜2.4の間に含まれる。
加熱段階の前に、プレコート板は、製造される最終部品の幾何学的形状に関係する形状のブランクに切断される。このようにして、この段階で複数のプレコート鋼ブランクが得られる。
本発明の結果を達成するために、本発明者は、プレスにおけるブランクの移動及びさらなるプレス焼入れに先立つ加熱段階を以下の3つの主要な具体的なステップに分けなければならないという証拠を提示した。
・第1のステップにおいて、ブランクは、設定温度Θ1Fを有する炉の区域1内で持続時間tの間加熱される。
・第2のステップでは、ブランクは、設定温度Θ2Fを有する炉の区2内で持続時間tの間、等温的に維持される。
・第3のステップでは、ブランクは、オーステナイト化温度ΘMBまでさらなる区域で加熱される。
これら3つのステップについて、さらに詳しく説明する。
・厚さthを有するブランクは、ローラー又はブランクを複数の区域の炉に移動させることを可能にする、他の適切な手段上に配置される。炉の第1の区域に入る前に、ブランクの放射率が測定される。実験によれば、本発明の枠組みの中で考慮されるプレコートのアルミニウム合金の放射率は、吸収率、すなわち、炉の温度でエネルギーを吸収する能力に非常に近いことが分かった。放射率は、オフライン法又はオンライン法のいずれかによって測定することができる。
オフライン法は、以下のステップを含む。すなわち、ブランクは、ブランクが最終的に炉の温度Tに達する時間の間、高温、例えば、900℃〜950℃の範囲で炉内で加熱される。ブランクの温度Tは熱電対によって測定される。測定値から、温度の関数としての放射率が次式を用いて計算される。
Figure 2020509179
式中、
・thはブランクの厚さであり、
・ρは容積質量であり、
・Cは熱質量(massic)容量であり、
・tは時間であり、
・hは対流伝熱係数であり、
・σはステファン−ボルツマン定数である
実験によると、放射率は20℃からプレコートの固相線温度の間で事実上一定である。
放射率は、別法として、オンライン法によって、すなわち、炉に導入されるブランクに直接、ブランクの全反射率測定に基づくセンサを使用する装置によって測定することができる。それ自体公知の装置は、例えば、刊行物WO9805943号に記載されており、そこでは、赤外線源によって放射された放射線が、特性決定される製品によって反射される。センサは、反射フラックスを受け取り、反射率を測定し、それによってブランクの吸収率及び放射率を導き出すことを可能にする。
ブランクは、炉の第1の区域に導入され、5〜600秒の間に含まれる持続時間tの間、その中に維持される。第1の区域の持続時間の終わりに、プレコートブランクの表面が550℃〜598℃の間に含まれるΘ1Bに達することが望ましい。温度が598℃を超えると、固相線温度に近いためプレコートが溶け、ローラーに何らかの汚れを生じるおそれがある。温度が550℃未満の場合、プレコートと鋼基材との間の拡散時間が長くなりすぎ、生産性が不十分となるであろう。
持続時間tが5秒未満である場合、例えば、ブランクの厚さが大きい場合等、状況によっては、目標温度範囲である550〜598℃に到達することは実際上不可能であろう。
持続時間tが600秒より長い場合、ラインの生産性は不十分であろう。
炉の区域1におけるこの加熱ステップの間、プレコートの組成は、鋼基材の元素からの拡散によってわずかに富化されるが、この富化は、炉の区域2において起こる組成変化よりもはるかに重要ではない。
ブランク表面において550〜598℃の温度範囲に到達するために、本発明者は、炉の区域1の設定温度Θ1Fが、式(1)及び(2)によって規定される2つの具体的な値Θ1Fmin及びΘ1Fmaxの間に含まれなければならないことの証拠を提示した。
Θ1Fmax=(598+AeBt1+CeDt1)(1)
Θ1Fmin=(550+A’eB’t1+C’eD’t1)(2)
(1)において、A、B、C、Dは以下によって規定される。
A=(762e0.071th−426e−0.86th)(1−0.345α)
B=(−0.031e−2.151th−0.039e−0.094th)(1+0.191α)
C=(394e0.193th−434.3e−1.797th)(1−0.364α)
D=(−0.029e−2.677th−0.011e−0.298th)(1+0.475α)
(2)において、A’、B’、C’、D’は以下によって規定される。
A’=(625e0.123th−476e−1.593th)(1−0.345α)
B’=(−0.059e−2.109th−0.039e−0.091th)(1+0.191α)
C’=(393e0.190th−180e−1.858th)(1−0.364α)
D’=(−0.044e−2.915th−0.012e−0.324th)(1+0.475α)
これらの式において、Θ1F、Θ1Fmax、Θ1Fminは℃で表され、tは秒で表され、thはmmで表される。
したがって、設定温度Θ1Fは、板厚th、プレコート放射率ε、及び第1の区域における持続時間tに従って正確に選択される。
炉の区域1の出口で、ブランクの温度Θ1Bは、好ましくは高温計のような遠隔感知装置によって測定することができる。ブランクはすぐに別の炉の区域2に移され、そこでは温度は測定温度Θ1Bに等しくなるように設定される。
次に、ブランクは区域2の中で、具体的に規定される持続時間tの間、等温的に維持され、tは、以下の式に従って、区域1の設定(Θ1F、t)及びブランクの厚さthに依存する。
2min≧t≧t2max
式中、t2min=0.95t 及びt2max=1.05t 、及び
=t (−0.0007th+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F)(3)
式中、Θ2Fは℃で表され、t、t2min、t2max及びt は秒で表され、thはmmで表される。
このステップの間、プレコートは基材組成からの元素、すなわち、鉄及びマンガン、の拡散によって次第に変化するので、プレコートの固相線温度は変化する。したがって、初期プレコートの固相線は、例えば、10%のSi、2%の重量の鉄、残りはアルミニウム及び不可避的不純物の組成に対して577℃に等しく、プレコートにおけるFe及びMnの富化に伴い次第に増加する。
持続時間tがt2maxよりも長い場合、生産性が低下し、Al、Fe、Mnの相互拡散が進行しすぎ、Al含有量の減少により耐食性が低下したコーティングが生じる可能性がある。
持続時間tがt2minより短い場合、AlとFeとの相互拡散は不十分である。したがって、幾分かの未結合のアルミニウムが温度Θ2Fでコーティング中に存在し得、そのことはコーティングが部分的に液状となり、炉のローラーの汚れが生じることがあることを意味する。
炉の区域2の終わりに、この方法は、以下の2つの代替経路(A)又は(B)に従ってさらに実施することができる。
・第1の経路(A)において、ブランクは炉のさらなる区域(3、...、N)に移され、さらに加熱される。
・第2の経路(B)において、ブランクは室温まで冷却され、貯蔵され、その後さらに再加熱される。
経路(A)において、ブランクはその温度Θ1Bから850〜950℃の間に含まれる最高温度ΘMBまで加熱される。この温度範囲により、基材の初期微細組織のオーステナイトへの部分的又は完全な変態を達成することが可能になる。
Θ1BからΘMBまでの加熱速度Vは5〜500℃/秒の間に含まれる。Vが5℃/秒未満の場合は、ライン生産性の要件が満たされない。Vが500℃より高い場合、基材中のガンマジェン(gammagene)元素に富む一部の区域が、他の区域よりも急速かつ完全にオーステナイトに変態するおそれがあり、急速冷却後、この部品の幾分かの微細組織の不均一性が予想される。これらの加熱条件において、先のステップ1及び2により、Fe及びMnに十分に富むコーティングを得ることが可能になり、そのコーティングの溶融温度がより高いため、ローラー上で起こるコーティングの望ましくない溶融のおそれは大幅に減少する。
代替経路(B)として、ブランクをΘ1Bから室温まで冷却し、このような条件下で所望により貯蔵することができる。その後、経路(A)と同じ条件下、すなわち、Θ1BからΘMBまで5〜500℃/秒の間に含まれるVでブランクを適応炉内で再加熱することができる。しかし、本発明者らは、このような加熱の前に、ベース金属板のMnが、比率Mnsurf/Mnが0.33を超える程度までコーティングの表面に拡散された場合(Mnsurfは、急速加熱前のコーティングの表面上のMn含有率(重量%)であり、Mnは、鋼基材のMn含有量(重量%)である)、30℃/秒より高い、又は50℃/秒より高い加熱速度Vがコーティングの局所的溶融のおそれなしに使用できることを証明した。Mnsurfは、例えば、それ自体知られた技術であるグロー放電光学発光分光法によって測定することができる。30℃又は50℃/秒より高い所望の加熱速度を達成するために、誘導加熱又は抵抗加熱を使用することが可能である。しかし、Mnsurf/Mnが0.60より高いと、コーティングのAl含量が減少しすぎるため、耐食性が低下する。したがって、Mnsurf/Mn比は0.33〜0.60の間に含まれなければならない。さらに、高い加熱速度により、特に700℃より高い温度でコーティング中に生じ、プレス焼入れ部品で遅延破壊のおそれが増大するので有害である、コーティング中の水素摂取を低レベルに保つことが可能になる。
選択された経路(A)又は(B)のいずれであれ、Vでの加熱ステップは、誘導加熱又は赤外線加熱によって有利に行うことができ、何故ならこれらの装置は、板の厚さが0.5〜5mmの範囲にあるとき、このような加熱速度を達成することができるからである。
ΘMBで加熱後、加熱されたブランクは、基材中に均一なオーステナイト粒径を得るためにこの温度に維持され、加熱装置から引き抜かれる。ブランクの表面にはコーティングが存在し、これは、上記の拡散現象によるプレコートの変態から生じる。加熱されたブランクは成形プレス内に移されるが、移動時間Dtは10秒未満であり、したがって、プレス内での熱間変形の前に多角形フェライトの形成を回避するのに十分速く、さもなければ、プレス焼入れ部品の機械的強度が、基板組成に応じてその完全なポテンシャルを達成しないおそれがある。
加熱されたブランクはプレス内で熱間成形され、成形品を得る。次いで、適切な冷却速度を確保し、収縮及び相変態による歪みを回避するために、成形プレスのツーリング内に部品が保持される。このツールとの熱伝達による伝熱で部品の大部分が冷える。ツールは、冷却速度を増加させるための冷却剤循環、又は冷却速度を低下させるための加熱カートリッジを含んでもよい。このように、冷却速度は、このような手段を実施することで基材組成物の焼入性を考慮に入れることにより正確に調節することができる。冷却速度は、部品中で均一であってもよく、又は冷却手段によって区域毎に変化してもよく、それによって、局所的に増大した強度又は延性特性を達成することができる。
高い引張応力を達成するために、熱間成形部品の微細組織は、マルテンサイト又はベイナイトの中から選択される少なくとも1つの成分を含む。冷却速度は、達成すべき微細組織及び機械的特性に応じて、臨界マルテンサイト又はベイナイト冷却速度よりも高くなるように、鋼組成に応じて選択される。
特定の実施形態では、本発明の方法を実施するために提供されるプレコート鋼ブランクは、均一でない厚さを有する。したがって、熱間成形部品において、使用応力を最も受ける区域において所望の機械的抵抗レベルを達成し、他の区域では重量を減らし、その結果車両の軽量化に寄与することが可能である。特に、不均一な厚さを有するブランクは、「テーラード圧延ブランク」を得るために、連続的な可撓性圧延によって、すなわち、圧延後に得られる板厚が圧延方向に可変である方法によって製造することができる。あるいは、このブランクは、「テーラード溶接ブランク」を得るために、異なる厚さのブランクの溶接によって製造することができる。
この場合、ブランクの厚さは一定ではなく、2つの極値thminからthmaxの間で変化する。本発明者は、上記の式(1−2)においてth=thminを使用することにより、及び上記の式(3)においてth=thmaxを使用することにより、本発明を実施しなければならないことを証明した。言い換えれば、炉の区域1の設定は、ブランクの最も薄い部分に適合されなければならず、炉の区域2の設定は、ブランクの最も厚い部分に適合されなければならない。しかし、thminとthmaxの間の相対的な厚さの差は、あまり大きくてはならず、すなわち、≦1.5でなければならず、そうでないと受ける加熱サイクルの大きな差により、プレコートの幾分かの局所的な融解が生じるおそれがある。そうすることによって、ローラーの汚れは、炉の区域1における最も薄い部分及び炉の区域2における最も厚い部分であることが分かった最も重要な区域には現れず、一方で、厚さが変化するブランクの生産性にとって最も好ましい条件が依然として保証される。
本発明の別の実施形態において、ホットプレス成形ラインは、同じ厚さを有するが、1つのバッチから別のバッチへと同じ放射率を有さない、ブランクの異なるバッチを実施する。例えば、炉のラインは、αを特徴とする放射率を有する第1のバッチ(B1)を、次いでαとは異なるαを特徴とする放射率を有する別のバッチ(B2)を熱処理しなければならない。本発明によれば、第1のバッチは、αを考慮に入れた式(1−3)に従って、区域1及び2の炉の設定で加熱される。したがって、炉の設定は、Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α)である。その後、炉の設定(S1)の選択に従って、バッチ(B1)は炉の区域(3、...、N)内で加熱され、その後、第2のバッチ(B2)も、式(1−3)に対応する設定(S2)、すなわち、設定Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α)で熱処理される。
本発明のおかげで、初期放射率が異なっても、炉の区域2の終わりにおけるコーティング(B2)の状態は(B1)の状態と同じである。したがって、(B2)の設定(S2)を選択することによって、この方法によって製造されたプレス焼入れ部品が、初期のブランク放射率が変わっているにもかかわらず、コーティング及び基材において一定の特性を有することが保証される。
本発明によれば、この方法は、有利には、以下を含む装置を用いて実施される。
・加熱前に室温でブランクの放射率を連続的に測定する装置であって、好ましくは、特性決定されるブランクに向けられた赤外線源及び反射フラックスを受けて反射率を測定するセンサを含む装置、
・N個の区域を含む炉(F)であって、Nは2以上であり、炉の各区域1、2...i、...Nは炉の各区域内の温度Θ1F、Θ2F...ΘiF、,..ΘNFを独立に設定するための加熱手段(H、H..、H、H)を有する炉、
・ブランクを各区域iから区域i+1に向かって続けて連続的に移動させる装置、好ましくはセラミックローラーを使用するコンベヤー、
・式(1−3)に従って値Θ1Fmax、Θ1Fmin、t2min、t2miaxを計算するためのコンピュータ装置、
・放射率の変化が検出されたときに、計算された温度を伝達し、計算された温度を得るために加熱手段におけるエネルギー入力の最終的な修正を実施するための装置
本発明を以下の実施例によって例示するが、これらは決して限定的なものではない。
[実施例1]
表1の組成を有する1.5、2mm又は2.5mmの厚さの22MnB5鋼板を準備した。他の元素は、鉄及び加工に固有の不純物である。
Figure 2020509179
板を連続溶融によりAl−Siでプレコートした。プレコートの厚さは両側で25μmである。プレコートは、9重量%のSi、3重量%のFeを含み、残りはアルミニウム及び精錬から生じる不純物である。板のプレコートの室温における放射率係数εは、α=0を特徴とする。その後、プレコート鋼ブランクを得るために板を切断した。
3つの区域を含む炉を準備し、これらの区域の設定温度はそれぞれΘ1F、Θ2F、Θ3Fである。
表2の設定温度を炉の区域1及び2において適用した。区域1及び2の終わりに、ブランクを温度Θ2Fから900℃まで加熱し、この温度で2分間維持し、平均加熱速度Vは10℃/秒であった。炉から引き抜いた後、ブランクを熱間成形し、急速に冷却して完全なマルテンサイト微細組織を得た。得られた部品の引張強度は約1500MPaであった。
さらに、加熱を1つの区域のみを含む炉で行った(試験R5)。
プレコートの溶融の最終的な存在を様々な試験で評価し、表2に報告した。
試験I1〜I3を本発明の条件に従って実施し、試験R1〜R5はこれらの条件に対応しない参照試験である。
Figure 2020509179
本発明に従う条件I1〜I3で処理された試験片は、プレコートの溶融を示さない。
試験R1では、設定温度下Θ1F、Θ2F及び時間tは試験I2と同じである。しかし、上記式(3)で規定された条件tminと比較して持続時間tが不十分であるため、プレコートの溶融が見られる。
試験R2では、上記式(3)で規定した条件tminの観点からは、試験I2におけるよりも設定温度Θ2Fが高く、持続時間tが不十分である。
試験R3では、上記式(3)で規定した条件tminの観点からは、試験I3におけるよりも設定温度Θ2Fが高く、持続時間tが不十分である。
試験R4では、設定温度、設定時間t、tが試験I2と同一であっても、試験I2におけるよりも板の厚みが厚く、温度Θ1Bが550〜598℃の範囲ではない。上記で規定した(3)の条件の観点からは、持続時間tは不十分である。
試験R5では、加熱を1つの区域のみを含む炉内で行っており、本発明の条件を満たさないのでプレコートの溶融も見られる。
[実施例2]
α=0を特徴とするアルミニウムプレコートを有するプレコートブランクの第一バッチを準備した。α=0.3を特徴とするアルミニウムプレコートを有する鋼ブランクの第2のバッチを準備した。板の厚さは2つの場合において1.5mmであり、鋼及びプレコートの組成は実施例1のものと同じである。プレコートの厚さは両側で25μmである。鋼ブランクの2つのバッチを同じ炉内で表3に詳述される設定で連続して処理した。その後、ブランクを10℃/秒の同じ平均加熱速度Vで900℃まで加熱し、2分間維持した後、熱間成形し、急速に冷却して完全なマルテンサイト微細組織を得た。設定条件は、式(1−3)で規定された発明の条件に従う。
Figure 2020509179
初期放射率に差があるにもかかわらず、最終コーティングの微細組織はホットプレス成形部品同士で同じであることが明らかになった。
したがって、本発明の方法により、狭い範囲に含まれる特徴を有する構造被覆部品を得ることが可能になる。
[実施例3]
テーラード溶接ブランク(「TWB」)を準備し、これは表4に提示された異なる厚さの組み合わせを有する2つのアルミニウムメッキ鋼ブランクで構成されていた。ブランクをレーザー溶接により組み立てた。鋼及びプレコーティングの組成は実施例1のものと同じであり、プレコーティングの厚さは両側で25μmであった。TWBを、表4の設定で炉内で加熱した。
溶接したブランクを、10℃/秒の加熱速度Vで900℃に加熱し、2分間維持し、炉から引き抜き、熱間成形し、急速に冷却して完全なマルテンサイト微細組織を得た。
Figure 2020509179
試験I4は、本発明に従って実施され、したがって溶融は、溶接ブランクの薄い部分又は厚い部分において起こらない。
参照試験R6〜R8では、比率thmax/thminは、本発明に従わない。
試験R6では、炉の設定はI1におけるのと同じである。しかし、区域1の炉の設定は0.5mmの厚さに適合していないので、溶接部のこの部分の溶融がこの区域において起こる。
試験R7では、区域1の炉の設定は2.5mmの厚さに適合しているが、1mmの厚さには適合していない。したがって、溶接部のこの後者の部分の溶融がこの区域において起こる。
試験R8では、炉の設定はI1におけるものと同じである。しかし、区域2の炉の設定は2.5mmの厚さに適合していないので、溶接部のこの部分の溶融がΘ2FからΘMBへのさらなる加熱の間に起こる。
[実施例4]
実施例1に示した特徴を有する厚さ1.5mmの鋼ブランクを準備した。ブランクを2つの加熱区域1及び2のみを含む炉で処理した。ブランクを、表5のパラメータに従って、これら2つの区域で連続的に加熱した。その後、ブランクを室温まで直接冷却し、貯蔵した。このステップで、コーティング表面のMn含有率Mnsurfをグロー放電光学発光分光法により決定した。その後、ブランクを50℃/秒の平均加熱速度Vで900℃において抵抗加熱し、この温度で2分間維持し、熱間成形し、急速に冷却して、完全なマルテンサイト微細組織を得た。この急速加熱ステップ中に最終的な溶融の存在が認められた。
Figure 2020509179
試験I5及びI6は、本発明の条件に従って実施したので、50℃/秒での加熱中に溶融は起こらない。また、プレス焼入れ部の耐食性は良好であった。
参照試験R9において、Mnsurf/Mn比が不十分であるので、50℃/秒での加熱中に溶融が起こる。
このように、本発明に従って製造された鋼部品は、車両の構造部品又は安全部品の製造に有益に使用することができる。

Claims (15)

  1. プレス焼入れされた被覆部品の製造方法であって、
    ・N個の区域を含む炉(F)を準備し、Nは2以上であり、炉の各区域1、2...i...、Nは、設定温度Θ1F、Θ2F、...ΘiF、...、ΘNFでそれぞれ加熱され、
    ・この順に、以下の連続するステップを実施し、すなわち
    ・厚さthが0.5〜5mmの間に含まれ、厚さが15〜50マイクロメートルの間に含まれるアルミニウム合金プレコートで被覆された鋼基材を含み、鋼板の室温における放射率係数が0.15(1+α)に等しく、αは0〜2.4の間に含まれる、少なくとも1枚の鋼板を準備するステップ、その後
    ・前記少なくとも1枚の鋼板を切断して少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを得るステップ、その後
    ・前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを、5〜600秒の間に含まれる持続時間tの間、炉の区域1に配置し、Θ1F及びtは、以下のようであり、
    Θ1Fmax>Θ1F>Θ1Fmin
    Θ1Fmax=(598+AeBt1+CeDt1)で
    Θ1Fmin=(550+A’eB’t1+C’eD’t1
    A、B、C、D、A’、B’、C’、D’は以下のようであり、
    A=(762e0.071th−426e−0.86th)(1−0.345α)
    B=(−0.031e−2.151th−0.039e−0.094th)(1+0.191α)
    C=(394e0.193th−434.3e−1.797th)(1−0.364α)
    D=(−0.029e−2.677th−0.011e−0.298th)(1+0.475α)
    A’=(625e0.123th−476e−1.593th)(1−0.345α)
    B’=(−0.059e−2.109th−0.039e−0.091th)(1+0.191α)
    C’=(393e0.190th−180e−1.858th)(1−0.364α)
    D’=(−0.044e−2.915th−0.012e−0.324th)(1+0.475α)
    ここで、Θ1F、Θ1Fmax、Θ1Fminは℃で表され、tは秒で表され、thはmmで表され、炉の区域1の出口におけるプレコート鋼ブランクの温度はΘ1Bであるステップ、その後
    ・前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを、設定温度Θ2F=Θ1Bで加熱された炉の区域2内に移し、プレコート鋼ブランクを持続時間tの間等温に維持し、Θ2F及びtは以下のようであり、
    2min≧t≧t2max
    ただし、t2min=0.95t 及びt2max=1.05t
    =t (−0.0007th+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F
    ここで、Θ2Fは℃で表され、t、t2min、t2max及びt は秒で表され、thはmmで表されるステップ、その後
    ・850〜950℃の間に含まれる最高ブランク温度ΘMBに達するように、前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを炉のさらなる区域(3,...i,...N)に移し、Θ2F〜ΘMBの間のブランクの平均加熱速度Vは5〜500℃/秒の間に含まれるステップ、その後
    ・前記少なくとも1つの加熱された鋼ブランクを炉からプレスへ移すステップ、その後
    ・前記少なくとも1つの加熱された鋼ブランクをプレス内で熱間成形して少なくとも1つの部品を得、その後、
    マルテンサイト又はベイナイトの中から選択される少なくとも1つの成分を含む、鋼基材中の微細組織を得るために、ある冷却速度で前記少なくとも1つの部品を冷却する
    ことを含む方法。
  2. 加熱速度Vが、50〜100℃/秒の間に含まれる、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記プレコートが、重量で、5〜11%のSi、2〜4%のFe、任意に0.0015〜0.0030%のCaを含み、残りがアルミニウム及び加工に固有の不純物である、請求項1又は2のいずれか一項に記載の製造方法。
  4. 速度Vでの加熱が、赤外線加熱によって行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 速度Vでの加熱が、誘導加熱によって行われる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. 前記少なくとも1つの鋼ブランクが、一定ではなく、thminからthmaxの間で変化する厚さを有し、比率thmax/thminが≦1.5であり、前記製造方法が、th=thminで決定されるΘ1F及びtを有する炉の区域1で実施され、th=thmaxで決定されるΘ2F及びtを有する炉の区域2で実施される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
  7. 炉の区域2内に前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを維持した後、炉のさらなる区域に前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを移動させる前に、前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを室温まで冷却して、冷却された被覆鋼ブランクを得る、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
  8. 前記冷却された被覆鋼ブランクが、0.33〜0.60の間に含まれる比率Mnsurf/Mnを有し、Mnsurfは、重量%で表される冷却された被覆鋼ブランクの表面上のMn含有率であり、Mnは、重量%で表される鋼基材のMn含有率である、請求項7に記載の製造方法。
  9. 加熱速度Vが30℃/秒より速い、請求項7又は8のいずれか一項に記載の製造方法。
  10. 加熱速度が抵抗加熱によって得られる、請求項9に記載の製造方法。
  11. ・厚さthを有する複数のブランクバッチが準備され、少なくとも1つ(B1)は、α=αを有するバッチであり、少なくとも1つは、α=αを有するバッチ(B2)であり、α≠αであり、
    ・バッチ(B1)は、請求項1に従って選択された方法の条件下(Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α))でプレス焼入れされ、その後、
    ・バッチ(B2)は、請求項1に従って選択された方法の条件下(Θ1F(α)、t(α)、Θ(α)、t(α))でプレス焼入れされ、
    ・炉の区域(3、...i、...N)における温度及び持続時間は、(B1)及び(B2)について同一である、
    請求項1に記載の製造方法。
  12. 前記少なくとも1つの鋼板を切断した後、炉の区域1に前記少なくとも1つのプレコート鋼ブランクを配置する前に、室温における前記プレコート鋼ブランクの放射率が測定される、請求項1又は11のいずれか一項に記載の製造方法。
  13. 前記冷却された被覆鋼ブランクは、0.33〜0.60の間に含まれる比率Mnsurf/Mnを有し、Mnsurfは、重量%で表される、冷却された被覆鋼ブランクの表面上のMn含有率であり、Mnは、重量%で表される、鋼基材のMn含有率である、請求項7に記載の製造方法。
  14. 加熱されたブランクからプレス焼入れ部品を製造する観点から、ブランクのバッチを加熱するための装置であって、
    ・加熱前に室温でのブランクのバッチの初期放射率をオンラインで測定する装置であって、炉(F)の前に配置され、特性決定されるブランクに向けられた赤外線源及び反射フラックスを受けて反射率を測定するセンサを含む装置、
    ・N個の区域を含む炉(F)であって、Nは2以上であり、炉の各区域1、2...i、...Nは炉の各区域内の温度Θ1F、Θ2F...ΘiF、,..ΘNFを独立に設定するための加熱手段(H、H..、H、H)を有する炉、
    ・ブランクを各区域iから区域i+1に向かって続けて連続的に移動させる装置、
    ・請求項1に従って値Θ1Fmax、Θ1Fmin、t2min、t2miaxを計算するためのコンピュータ装置、
    ・ブランクの異なったバッチ間の初期放射率の変化が検出された場合、計算された温度を伝達し、計算された温度に従って設定温度Θ1F、Θ2F...ΘiF、,..ΘNFを調整するために加熱手段(H、H..H、H)におけるエネルギー入力の最終的な修正を実施するための装置
    を備える装置。
  15. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法で製造された鋼部品の使用であって、車両の構造部品又は安全部品の製造のための使用。
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