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
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Abstract
Description
・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。
・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t1の間、炉の区域1に配置し、Θ1F及びt1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、t1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t2の間等温に維持し、Θ2F及びt2は以下のようであり、
t2min≧t2≧t2max
ただし、t2min=0.95t2 *及びt2max=1.05t2 *、
t2 *=t1 2(−0.0007th2+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F)
ここで、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Va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。
・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(α1)、t1(α1)、Θ2(α1)、t2(α1))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(α2)、t1(α2)、Θ2(α2)、t2(α2))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。
・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(H1、H2..、Hi、HN)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(H1、H2..Hi、HN)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。
・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。
・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t1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t2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。
・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。
・thはブランクの厚さであり、
・ρは容積質量であり、
・Cp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
Θ1Fmax=(598+AeBt1+CeDt1)(1)
Θ1Fmin=(550+A’eB’t1+C’eD’t1)(2)
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)
t2min≧t2≧t2max
式中、t2min=0.95t2 *及びt2max=1.05t2 *、及び
t2 *=t1 2(−0.0007th2+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F)(3)
式中、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。
・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(H1、H2..、Hi、HN)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
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。
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Va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。
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。
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Va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。
Claims (15)
- 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t1の間、炉の区域1に配置し、Θ1F及びt1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、t1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t2の間等温に維持し、Θ2F及びt2は以下のようであり、
t2min≧t2≧t2max
ただし、t2min=0.95t2 *及びt2max=1.05t2 *、
t2 *=t1 2(−0.0007th2+0.0025th−0.0026)+33952−(55.52×Θ2F)
ここで、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Va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。 - 加熱速度Vaが、50〜100℃/秒の間に含まれる、請求項1に記載の製造方法。
- 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。
- 速度Va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。
- 速度Va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。
- 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t1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t2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。
- 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。
- 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/Mns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、Mns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。
- 加熱速度Va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。
- 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。
- ・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=α1を有するバッチであり、少なくとも1つは、α=α2を有するバッチ(B2)であり、α1≠α2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(α1)、t1(α1)、Θ2(α1)、t2(α1))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(α2)、t1(α2)、Θ2(α2)、t2(α2))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。 - 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。
- 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/Mns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、Mns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。
- 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(H1、H2..、Hi、HN)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(H1、H2..Hi、HN)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。 - 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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