JP5755644B2 - 熱間プレス硬化コンポーネントの製造方法、熱間プレス硬化コンポーネントを製造する鋼製品の使用方法、および熱間プレス硬化コンポーネント - Google Patents
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Description
本発明は、熱間プレス硬化コンポーネントの製造方法、熱間プレス硬化コンポーネントを製造する鋼製品の使用方法、および熱間プレス硬化コンポーネントに関する。
軽量であると同時に最大強度および保護効果を有するという現代の自動車のボディ構造における現在の要望を満たすため、衝突時に特に大きい応力を受ける自動車ボディのこれらの領域には、高強度鋼で作られた今日の熱間プレス成形コンポーネンツが使用されている。
熱間プレス硬化では、冷間圧延鋼ストリップまたは熱間圧延鋼ストリップから分離された鋼ブランクが、通常、それぞれの鋼のオーステナイト化温度より高い変形温度で加熱されかつ加熱状態で成形プレスのダイ内に置かれる。連続的に行われる成形中に、薄板ブランクまたは薄板ブランクから形成されるコンポーネントは、冷たいダイとの接触により急速に冷却される。冷却速度は、コンポーネント内にマルテンサイト構造を生じさせるように設定される。ここでは、コンポーネントは、積極的な冷却を行うことなく、ダイとの接触のみにより冷却されれば充分である。しかしながら、積極的に冷却されるダイ自体により急速冷却を行うこともできる。
下記非特許文献１で報告されているように、熱間プレス硬化は、ホウ素合金鋼で作られた高強度自動車ボディコンポーネンツの製造に特に実用的に使用されている。このような鋼の一般的な例は、表示記号「２２ＭｎＢ５」として知られておりかつ材料番号１．５５２８のキー・トゥ・スチール２００４（Key to Steel 2004, Stahlschluessel 2004（英、独訳））に見ることができる。
しかしながら、既知のＭｎＢ鋼の長所は、実際には、高マンガン含有量のこの鋼が、湿食に対して極めて不安定でかつ不活性化が困難であるという欠点に直面している。高い塩化物イオン濃度の作用をもつ合金化度合いの低い鋼と比較して、この強い腐食感応性（これは局部的に限定されているが、強いものである）は、特に自動車ボディ構造での高合金化薄鋼板材料群に属する鋼の使用を困難にする。また、高マンガン含有量の鋼は腐食を受け易く、このためこれらの鋼の使用範囲も制限される。
したがって、高マンガン含有量の鋼から作られた平鋼製品にも、鋼を腐食攻撃から保護する金属コーティング（金属コーティング自体は既知である）を設けることが提案されている。しかしながら、同時に、このような平鋼製品は殆ど濡れ性がなく、したがって、冷間成形中のコーティングに必要な鋼基板への接着が不充分になるという問題が生じる。
高マンガン含有量の鋼から作られた平鋼製品に、腐食から保護しかつ実用上要求される条件を満たすことができるコーティングを設けるための多数の提案がなされている（下記特許文献１〜４および他の多くの特許文献）。これらの提案間の共通リンクは、コーティングされるべき平鋼製品が、この後の条件のための技術的プロセスに関し手間を要しかつ制御が困難な焼きなまし段階で焼きなます必要があり、したがって平鋼製品は、この後の適当なコーティングプロセスで腐食防止コーティングを設けなくてはならないことである。また、平鋼製品のコーティングは、特に炉のローラ上で摩耗を受けることが証明されている。この摩耗のため、早期交換または他のメインテナンス処置が必要であり、したがって装置を長期休止させることが必要になる。
第６１回フランクフルト国際モーターショウ（２００５年９月１５日〜２５日）で頒布されたThyssenKrupp Automotive AG トレードショウジャーナルに掲載された論文「自動車ボディの軽量構造の可能性（The potential for vehicle body lightweight construction, Potenziale fuer den Karosserieleichtbau（英、独訳））」
上記背景から、本発明の目的は、腐食攻撃から保護される高強度コンポーネンツを、上記既知の方法よりも一層容易に製造できる方法を提供することにある。
また、腐食を受けない高強度コンポーネンツを簡単な方法で製造するのに特に適した鋼製品の使用方法を提供することにある。
最後に、本発明の目的は、技術的方法に関して簡単な方法で作られ、応力に耐える大きい能力を有し、腐食から最適に保護されるコンポーネンツを提供することにある。
方法に関し、本発明によれば、上記目的は、平鋼製品から高強度コンポーネンツを製造するときに、特許請求の範囲の請求項１に記載の製造段階を遂行することにより達成される。
使用方法に関しては、本発明によれば、上記目的は、コンポーネントを製造するための請求項１２に記載の平鋼製品を用いることにより達成される。
コンポーネントに関する上記目的は、本発明によれば、請求項１４にしたがって形成されるコンポーネントにより達成される。
本発明の有利な実施形態は、従属項に指定されており、一般的な発明概念として以下の詳細な説明に記述される。
本発明は、既知の或るクラスのステンレス鋼は熱間プレス硬化に適しているということの実現に基づいている。最適用途および実際の使用時の防錆特性に加え、このようなステンレス鋼の熱間プレス硬化への本発明による使用は、熱間成形または硬化プロセス中に生じる高温にもかかわらず、これらの熱間成形または硬化プロセス中のいずれの場合にも腐食の危険がないという長所を有している。それどころか、本発明にしたがって使用される鋼に含有される合金化成分も、これらの方法の段階中の腐食攻撃から、加工された鋼製品を保護する。したがって、熱間プレス硬化のためにこれまで使用されてきた形式の低合金鋼にいつでも要求される保護手段をこの目的のために採用することなく、高強度で腐食に対して最適に保護されるコンポーネンツを、本発明による手順および使用により、熱間プレス硬化により作ることができる。かくして、本発明の手順によれば、それぞれ加工された鋼製品に防錆コーティングを塗布することが不要であるだけでなく、加熱中に、鋼製品を腐食から保護しまたは或る表面特性を得るために特殊な手段を採用する必要もない。
プレス硬化に適した第１群の鋼は、例えば材料番号１．４００３として標準化された鋼が属する不安定フェライトである。フェライト鋼は、オーステナイト化温度より高温での焼入れ中に、完全にまたは部分的にマルテンサイト変態できる。これらの鋼は、直接プレス硬化に特に適しているが、間接プロセスで形成することもできる。
「単一段階」プレス硬化とも呼ばれる間接プレス硬化では、適当な平鋼製品から作られた薄板ブランクが、１回でそれぞれのコンポーネントに形成され、各場合に望まれる硬さを設定するのに必要な熱処理を受ける。
「２段階」プレス成形硬化とも呼ばれる間接プレス成形硬化では、それぞれの薄板ブランクが、第１段階でそれぞれのコンポーネントに形成される。得られたコンポーネントは、次に硬化温度に加熱され、次に、各場合に望まれるマルテンサイト構造の設定に要求される方法で、次のプレス成形プロセス中に、他のプレス成形ダイ内で熱処理される。
プレス硬化に適した他の群のステンレス鋼はマルテンサイトである。９００〜１０００℃より高温では、これらの鋼は、高カーボン溶解度をもつオーステナイト構造を有する。これらが冷却されると、マルテンサイトを形成する。この鋼形式の典型的な代表例は、材料番号１．４０２１および１．４０３４として知られている鋼である。
マルテンサイトに加えて高含有量のフェライトを含有するマルテンサイト−フェライト鋼も、プレス成形硬化することができる。例えば、材料番号１．４００６として標準化された鋼は、この群に属する。
典型的なマルテンサイト鋼は、０．０８〜１質量％のカーボン含有量を有している。しかしながら、これらの機械的強度は、高い冷却速度で焼入れすることにより更に増大できる。
最高０．０６質量％までの低カーボン含有量を有するマルテンサイト鋼は、６質量％までのニッケルで部分的に合金化される。この組成は、焼入れおよび焼き戻し後に、部分的にオーステナイトを形成する。この種の鋼は、「ニッケル−マルテンサイト（nickel-martensitic, nickelmartensitisch（英、独訳））」または「スーパーマルテンサイト（supermartensitic, supermartensitisch（英、独訳））」と呼ばれる。このような鋼は、直接プレス硬化に特に適しているが、間接プロセスで形成することもできる。
例えば材料番号１．４５６８として掲示されている鋼のような析出硬化系鋼では、溶液焼きなましおよび焼入れの後に、金属間化合物およびマルテンサイト構造からのカーバイド、窒化物および銅相の析出が高強度で生じる。このようにして、１０００ＭＰａまでの強度が直接プレス硬化で得られる。次の焼き戻し処理後に、強度は５００ＭＰａまでの大きさだけ増大される。これらの鋼は、これらの優れた冷間成形性により間接プロセスも適している。成形前に均一な冷間加工（焼き戻し圧延）を導入することにより、更なる硬化可能性も生じる。
この結果、熱間プレス硬化コンポーネントを製造するステンレス鋼製品および熱間プレス硬化コンポーネントを製造する方法の本発明による使用は、従来技術の熱間プレス硬化方法と比較してかなり簡単化した方法でコンポーネンツを製造することを可能にする。これらのコンポーネンツは、これらの機械的特性および防錆性に関し、例えば自動車のボディ構造等の用途に最適である。
本発明による熱間プレス硬化コンポーネントは、（質量％で）Ｃ：０．０１０〜１．２００％、Ｐ：０．１％まで、Ｓ：０．１％まで、Ｓｉ：０．１０〜１．５％、Ｃｒ：１０．５〜２０．０％、および残りは、必要に応じて鉄および不可避の不純物を含有するステンレス鋼からなる鋼製品から作られる。
鋼のマルテンサイトの硬さは、本発明にしたがって使用される鋼に含有されるカーボンの量（０．０１〜１．２質量％）により制御される。この点に関し、本発明による熱間プレス硬化により作られるコンポーネントの最適特性は、本発明にしたがって使用される鋼が０．０１〜１．０質量％（より詳しくは０．０１〜０．５質量％）のＣを含有する場合に得られる。
０．１〜１．５質量％のＳｉの含有量は抗酸化剤として機能し、鋼の強度を増大させる。
本発明にしたがって使用される鋼の高Ｃｒ比率は、特に、高温で使用する場合の腐食抵抗性に大きく寄与する。これは、室温でもおよび高温でも、表面上にＣｒ酸化物の層の形成をもたらし、これにより、本発明にしたがって加工された鋼製品は、熱処理中またはその後の実際の使用時のいずれにおいても、付加的な腐食保護を必要としない。材料中のＣｒ比率は、熱間プレス硬化に慣用的に使用される腐食を受け易いＭｎＢグレードよりも、本発明によるそれぞれのオーステナイト化温度ＴＡへの加熱中に存在する高温で、寸法的により安定している。したがって、本発明により高温で使用される鋼製品を一層容易に加工できる。より詳しくは、鋼製品はまた、加工生産物に影響を与える大気中で表面が酸化される危険なく、加熱装置からそれぞれのプレスダイ内に置かれるまで搬送される。Ｃｒ含有量が１１〜１９質量％の間、より詳しくは１１〜１５質量％の間にある場合には、本発明にしたがって使用される鋼の合金化コストとＣｒ比率のポジティブな効果との間に最適にバランスのとれた関係が得られる。
本発明にしたがって加工される鋼の機械的特性に与えるＰおよびＳのネガティブな効果を防止するため、これらの元素の含有量は０．１質量％に制限される。
前述の必要元素に加え、本発明にしたがって使用される鋼は、任意であるが、「Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｖ、Ａｌ、Ｃａ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｈ」の群からの１つ以上の元素を含有でき、必要に応じて、（質量％で）Ｍｎ：０．１０〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜２．５０％、Ｎｉ：０．０５〜８．５０％、Ｃｕ：０．０５０〜３．００％、Ｎ：０．０１〜０．２％、Ｔｉ：０．０２％まで、Ｎｂ：０．１％まで、Ｂ：０．１％まで、Ｖ：０．２％まで、Ａｌ：０．００１〜１．５０％、Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、Ａｓ：０．００３〜０．０１５％、Ｓｎ：０．００３〜０．０１％、Ｓｂ：０．００２〜０．０１％、Ｐｂ：０．０１％まで、Ｂｉ：０．０１％まで、Ｈ：０．００２５％までの元素を含有させることができる。
０．１０〜３．０質量％の含有量のＭｎの存在により、高温での所望のオーステナイト形成がサポートされ、これにより、本発明の目指すマルテンサイト構造が形成される。
０．０５〜２．５０質量％の含有量のモリブデンは、耐食性の改善に寄与する。
また、耐食性を高めかつプレス成形前の熱処理中に本発明による手順により達成できる高温でのオーステナイト形成をサポートするため、本発明にしたがって使用されるステンレス鋼に、０．０５〜８．５０質量％、より詳しくは０．０５〜７．０質量％の含有量でニッケルを含有させることもできる。この効果は、１．５質量％までのニッケル含有量により充分な有効性が得られており、本発明の１つの実用的実施形態では、Ｎｉ含有範囲の上限はこの値に制限される。
マルテンサイト構造の形成に必要なオーステナイト形成をサポートするため、本発明にしたがって使用される鋼には、０．０５０〜３．００質量％の含有量でＣｕを添加することができる。
本発明にしたがって使用される鋼のマルテンサイトの硬さは、０．０１〜０．２質量％、より詳しくは０．０１〜０．０２質量％の含有量の窒素により制御することもできる。
０．０２質量％までのＴｉを含有させることにより、本発明にしたがって加工される鋼製品の製造中に要求されるステンレス鋼の鋳造中のクラック形成の危険性を最小にできる。
０．１質量％までのニオブを含有させることにより、本発明にしたがって使用される鋼製品の製造中の鋼の成形性の改善に寄与することもできる。
０．１質量％、より詳しくは０．０５質量％までのＢを含有させることにより、本発明にしたがって加工される鋼の鋳造中のクラックの発生を防止しかつ慣用の連続鋳造中の表面クラックの危険性を低減させることもできる。また、本発明にしたがって加工される鋼のマルテンサイトの硬さも、ホウ素の添加により制御できる。
Ｎｂのように、０．２質量％まで、より詳しくは０．１質量％の含有量のＶは、本発明にしたがって使用される鋼の鋳造中の成形性を改善する。
０．００１〜１．５０質量％、より詳しくは０．００１〜０．０３質量％の含有量のＡｌおよび０．０００５〜０．００３質量％の含有量のＣａは、ストリップ鋳造または連続鋳造で鋳造されるときに、本発明にしたがって使用される鋼の純度を最適化することに寄与する。
ストリップ鋳造中のクラック形成を防止しまたは本発明にしたがって使用される連続鋳造鋼を熱間圧延するときの表面欠陥の発生を防止するため、０．００３〜０．０１５質量％の含有量のＡｓ、０．００３〜０．０１質量％の含有量のＳｎ、０．００２〜０．０１質量％の含有量のＳｂ、０．０１質量％までの含有量のＰｂおよび０．０１質量％までの含有量のＢｉが、本発明により鋼に添加される。
実際の用途において支配する条件下でのいわゆる「遅延クラッキング」の発生すなわち水素誘起される遅延クラック形成を防止するため、本発明にしたがって加工される鋼のＨの含有量は、最終的に０．００２５質量％までに制限される。
本発明にしたがって使用されかつ前述の方法で形成される鋼製品は、熱間圧延または冷間圧延により作られる平鋼製品、例えば熱間圧延または冷間圧延されたステンレス鋼薄板またはストリップから得られるブランクとすることができる。しかしながら、鋼製品として、本発明による方法で加工される前に対応平鋼製品から予成形された半成品を加工することもできる。
また、本発明にしたがって使用される鋼製品は、互いに結合されかつ厚さまたは物理的特性に関して互いに異なっている少なくとも２つの平鋼製品ブランクから、いわゆる「注文ブランク（tailored blank, Tailored Blank（英、独訳））」として形成される。このようにして、各場合に生じる応力に最適にマッチングされる材料は、本発明にしたがって作られかつ形成されて、実際に異なる応力を受けるコンポーネントの数セクションに割当てられる。かくして、本発明にしたがって使用される平鋼製品の１つのみの部品セクションを、本発明により特定された組成のステンレス鋼で構成し、一方、本発明にしたがって作られるコンポーネントが実際に使用される局部的条件および応力を考慮に入れるならば、他のセクションは、慣用の低合金化された錆に敏感な鋼から作ることができる。
本発明により対応して形成された鋼製品は、一般に熱間プレス硬化である下記の製造段階、すなわち、
ａ）前述の方法で得られた鋼製品を用意する段階と、
ｂ）鋼製品を、ステンレス鋼のＡｃ３温度より高いオーステナイト化温度に加熱する段階と、
ｃ）加熱された鋼製品を、プレスダイ内でコンポーネントに熱間プレス硬化する段階と、
ｄ）得られたコンポーネントの少なくとも１つのセクションを、マルテンサイト構造にとって低い冷却速度で冷却し、急速冷却されたセクションを形成する段階と
に通される。
ａ）前述の方法で得られた鋼製品を用意する段階と、
ｂ）鋼製品を、ステンレス鋼のＡｃ３温度より高いオーステナイト化温度に加熱する段階と、
ｃ）加熱された鋼製品を、プレスダイ内でコンポーネントに熱間プレス硬化する段階と、
ｄ）得られたコンポーネントの少なくとも１つのセクションを、マルテンサイト構造にとって低い冷却速度で冷却し、急速冷却されたセクションを形成する段階と
に通される。
熱間プレス硬化後に、本発明にしたがって得られたコンポーネントのマルテンサイト構造の形成は、各場合に到達するオーステナイト化温度の高さにより制御される。本発明にしたがって作られたコンポーネントの最大強度値を得るため、製造段階ｂ）の間に本発明にしたがって加工される鋼製品は、ステンレス鋼のＡｃ３温度（Ａｃ３温度とは、オーステナイトへの変態が完了する温度である）より高いオーステナイト化温度まで加熱される。この場合、完全にオーステナイト化された構造は、次の冷却中にマルテンサイトに完全に変態し、これにより、強い構造の硬さ値およびこれに伴う最大引っ張り強度値が得られる。
本発明にしたがって熱間プレス硬化されたコンポーネントの急速冷却（これは、マルテンサイト構造を形成するのに必要である）は、この目的のために適当な冷却装置が設けられたプレスダイ自体の中で行うことができる（この方法自体は既知である）。或いは、熱間プレスプロセスの終了後にコンポーネントが依然として充分に高い温度を有していることが確保される場合には、冷却は、別の製造段階での熱間プレス成形後に行うこともできる。
この方法自体は既知であるが、完成コンポーネントのゾーンが異なる機械的特性をもつように作られる場合には、熱間プレス成形前の鋼製品の加熱および熱間プレス成形後の冷却の両方を、鋼製品の特定セクションに限定することができる。
平鋼製品は、閉炉内で加熱されるのが好ましい。しかしながら、加熱は、誘導または伝導により行うこともできる。
これに対し、全ての場所に高い応力が加えられるコンポーネントは、マルテンサイト構造がその全体積に亘って形成されるように加熱されかつ冷却される鋼成形部品により、本発明にしたがって作ることができる。
本発明による手順によりマルテンサイト構造（例えば、完全マルテンサイト）の形成を信頼性をもって保証するには、冷却速度は高くても２５Ｋ／ｓ、より詳しくは高くても２０Ｋ／ｓで充分である。この場合、冷却速度を高くても１５Ｋ／ｓに制限するならば、特に優れた製造結果が得られる。しかしながら、充分な硬さの形成を保証するには、冷却速度は、低くても０．１Ｋ／ｓ、より詳しくは低くても０．２〜１．３Ｋ／ｓにすべきである。２５Ｋ／ｓより高い冷却速度は、好ましくない急速な硬さの増大が生じ、これは成形性の低下をもたらす。冷却速度は５〜２０Ｋ／ｓの間に設定され、この範囲で冷却速度を増大させると、コンポーネントにより高い強度が達成される。
また、異なる構造をもつ個々のゾーンの形成は、加熱される鋼製品と接触するプレス成形ダイの領域の或るゾーンにより影響を受け、このため、これらのゾーンでは、例えばマルテンサイト構造になる鋼製品の冷却が信頼性をもって防止される。
本発明にしたがって作られたコンポーネンツは、マルテンサイト構造を有する領域において、首尾一貫して、少なくとも９００ＭＰａに達する引っ張り強度を有し、かつ少なくとも２％の伸びＡ８０を有している。
一方では最適化された機械的特性と、他方では高い耐食性との実用的組合せにより、本発明にしたがって、ステンレス鋼から作られた鋼製品を熱間プレス硬化することにより製造されたコンポーネンツは、自動車、商用車、鉄道車両または航空機のボディ部品として、または高強度構造要素として特に適している。
以下、例示実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。
プレス硬化コンポーネンツの強度は、ＤＩＮ５０１５０に特定された硬度および表により引っ張り強度変換される。ビッカース硬さＨＶ１０および引っ張り強度についてＤＩＮ５０１５０に示された値は、非合金化鋼および低合金化鋼について決定されたものである。
材料４００３および４０３４について行われた参考試験は、表の値およびＨＶ１０と、硬化された引っ張り試験サンプルについて測定された引っ張り強度との間に良いマッチングを示している。表１には、参考試験の結果が示されている。
鋼Ｓ１〜Ｓ９から製造されたブランクを用いて種々の試験を行った。表２には、材料番号（タイプ）および鋼Ｓ１〜Ｓ９の特性を決定する合金元素が示されている。
表３には更に、鋼Ｓ１〜Ｓ７から作られたブランクについて、引っ張り強度およびビッカース硬さＨＶ１０（これらは、プレス硬化前に決定される）、Ａｃ１温度（オーステナイトへの変態が開始する温度）およびＡｃ３温度（オーステナイトおよびフェライト溶解の終了への変態が完了する温度）が示されている。
一方では高度の変形および他方では最適強度を達成するため、本発明の場合にはＡｃ３温度より高温の加熱が行われ、またステンレス鋼のＣ含有量およびＣｒ含有量に基づいてフェライトおよびカーバイドの適用可能な完全溶解を確保する。カーバイドは、高い変形度合いで破壊的影響を与え、例えばコンポーネントにクラックを生じさせる。
Ａｃ３温度より高い温度では、均質なオーステナイト並びに高いＣ含有量を有するオーステナイト−カーバイド構造が存在する。
１回で行われる直接プレス成形硬化により鋼Ｓ１〜Ｓ７から作られたブランクから、薄鋼板成形部品が形成された。次に、このようにして得られた薄鋼板成形部品についてビッカース硬さＨＶ１０が測定され、これから、ＤＩＮ５０１５０で説明されている方法で引っ張り強度が決定された。
得られたコンポーネント特性を確認する目的から、鋼Ｓ１、Ｓ４およびＳ５から作られた引っ張り強度サンプルが直接プレス硬化された。次に、ＤＩＮ１０００２にしたがって、硬化サンプルＳ１’、Ｓ４’およびＳ５’に関し、引っ張り強度Ｒｍおよび伸びＡ８０が決定された。
表４には、前述の方法で測定されかつ決定された、鋼Ｓ１〜Ｓ７から作られたブランクの特性が示されている。
本発明による手順により得られるコンポーネントの硬さに与える冷却速度の効果を決定するため、冷却試験が行われた。ここで、２段階プロセスでは、鋼Ｓ３〜Ｓ８の１つからなるブランクが、最初に熱間プレス成形され、種々の冷却時間ｔ８／５に亘って８００℃から５００℃まで冷却され、次に室温まで低下される。最も重要な変態は８００℃と５００℃との間の範囲内で生じるので、本発明により冷却速度をこの範囲内に維持することは特に重要であり、これにより、目標とする方法で強度値に影響を与えることができる。次に、この方法で得られた各コンポーネントについてビッカース硬さＨＶ１０が測定された。表５には、これらの試験の結果および冷却中に得られた冷却速度が示されている。
これによれば、マルテンサイト構造を形成するには、プレス成形硬化中に通常加えられる冷却速度より明らかに低い冷却速度で充分である。低い冷却速度により、本発明にしたがって加工された鋼は、依然としてマルテンサイト変態する。これは製造プロセスに優れた効果を及ぼす。なぜならば、特に一段階直接プレス成形硬化により、成形ダイを強く冷却する必要がなくなるからである。
実際に、直接プレス成形硬化により作られるコンポーネンツは、しばしば他の熱処理段階に通される。これは、プレス成形部品が、更なる加工中にストーブ−エナメル（stove-enamelled, einbrennlackiert（英、独訳））処理される自動車ボディ用コンポーネンツである場合に特に当てはまることである。本発明にしたがってプレス成形硬化されたコンポーネンツの強度値および伸び値に関する焼き戻し処理またはこれに相当する処理の効果が、本発明にしたがって直接プレス成形硬化により作られかつ表６に特定された条件下で焼き戻されたＳ２、Ｓ３およびＳ７の１つからなるコンポーネンツに基づいて試験された。この試験では、焼き戻し処理中に、表６に特定された特性も具体化された。
この試験によりカバーされる１７０℃〜５００℃の温度範囲内での焼き戻しは、本発明にしたがって作られたコンポーネンツの強度に極く僅かな低下をもたらすに過ぎないことが証明された。
間接プレス硬化のプロセスを試験するため、鋼Ｓ９からなるブランクが加工された。溶液焼きなましの後、ブランクは８１６ＭＰａの引っ張り強度Ｒｍを有していた。このようにして得られたブランクは、次に、プレス成形プロセスを模擬化するコンポーネントに成形されかつ３０分間８２０℃に保持された。これにより、ブランクは、コンポーネントの領域および接触時間に基づいて、後で、約１５Ｋ／ｓの冷却速度で、ダイ内で焼入れすることができる。焼入れ後、コンポーネントは、約１０１５ＭＰａの引っ張り強度Ｒｍに対応する３４０の硬さＨＶ１０を有した。
比較のため、同じＳ９材料からなる薄鋼板が１ｍｍの厚さに焼き戻し圧延された。焼き戻し圧延中に生じる硬化の結果として、焼き戻し圧延された薄鋼板は、１５００ＭＰａの引っ張り強度を有した。焼き戻し圧延された薄鋼板（この状態では、限定された方法で成形できるに過ぎない）は、次に、９ｍｍの曲げ半径で９０°だけ曲げられる。このようにして得られたアングルプロファイルは、炉内で、５５０℃で１時間焼き戻され、次にダイ内で冷却された。これにより、達成された冷却速度は１０Ｋ／ｓであった。曲げられかつ硬化されたプロファイルは、５７１の硬さＨＶ１０を得る。図１に示すグラフでは、鋼Ｓ１、Ｓ４およびＳ５からなるブランクから本発明にしたがって作られたコンポーネンツＥ１、Ｅ２、Ｅ３について、伸びＡ８０は、各場合に、引っ張り強度Ｒｍより大きいことを示している。比較のため、通常この目的のためＣ≦０．２％、Ｓｉ≦０．４％、Ｍｎ≦１．４％、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０１％、Ｃｒ＋Ｍｏ≦０．５％、Ｔｉ≦０．０５％およびＢ≦０．００５％（％は、質量％）の含有量を使用した鋼ＭＢＷ１５００から、慣用の熱間プレス成形硬化により作られた２つのコンポーネンツについては、伸び値Ａ８０は、それぞれの引っ張り強度値Ｒｍより大きく特定されている。
フェライト鋼Ｓ１およびマルテンサイト鋼Ｓ４から作られたコンポーネンツＥ１、Ｅ２は、慣用的な方法で作られたコンポーネンツより大きい伸び値と引っ張り強度値との組合せを有するのに対し、本発明の方法により作られた第３コンポーネントは、依然として優れた伸び値をもつ優れた引っ張り強度を有している。また、本発明にしたがって作られたコンポーネンツは、腐食に対する大きい耐性を有し、付加的ないかなる防錆コーティングも不要である。
Ａ８０ 伸び
ＨＶ１０ ビッカース硬さ
Ｋ 冷却速度
Ｒｍ 引っ張り強度
Ｓ１〜Ｓ９ 鋼
ｔ８／５ 冷却時間
ＨＶ１０ ビッカース硬さ
Ｋ 冷却速度
Ｒｍ 引っ張り強度
Ｓ１〜Ｓ９ 鋼
ｔ８／５ 冷却時間
Claims (16)
- 熱間プレス硬化コンポーネントの製造方法において、
ａ）下記元素（％は、質量％）すなわち、
Ｃ：０．０１０〜１．２００％、
Ｐ：０．１％まで、
Ｓ：０．１％まで、
Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
Ｃｒ：１０．５〜２０．０％、
を含有し、さらに必要に応じて、
Ｍｎ：０．１０〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５〜２．５０％、
Ｎｉ：０．０５〜８．５０％、
Ｃｕ：０．０５０〜３．００％、
Ｎ：０．０１〜０．２％、
Ｔｉ：０．０２％まで、
Ｎｂ：０．１％まで、
Ｂ：０．１％まで、
Ｖ：０．２％まで、
Ａｌ：０．００１〜１．５０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ａｓ：０．００３〜０．０１５％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０１％、
Ｓｂ：０．００２〜０．０１％、
Ｐｂ：０．０１％まで、
Ｂｉ：０．０１％まで、
Ｈ：０．００２５％まで、
の群からの１つ以上を含有し、
残り：鉄および不可避の不純物、
からなるステンレス鋼から少なくとも数セクションが作られた鋼製品を用意する段階と、
ｂ）鋼製品を、前記ステンレス鋼のＡｃ３温度より高いオーステナイト化温度に加熱する段階と、
ｃ）加熱された鋼製品を、プレスダイ内でコンポーネントに熱間プレス硬化する段階と、
ｄ）前記製造段階ｃ）において、得られたコンポーネントの少なくとも１つのセクションを、前記プレスダイ内で、マルテンサイト構造が形成される冷却速度より高い冷却速度で冷却し、急速冷却されたセクションを形成する段階と
を有することを特徴とする熱間プレス硬化コンポーネントの製造方法。 - 鋼成形部品は、マルテンサイト構造が形成されるようにしてプレス成形ダイ内で冷却されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
- 鋼製品と接触するプレス成形ダイの領域の数セクションが加熱されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の製造方法。
- 鋼成形部品は、マルテンサイト構造が鋼成形部品の全体積に亘って形成されるようにして冷却されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の製造方法。
- 鋼製品の少なくとも数セクションが冷却される冷却速度は、高くても２５Ｋ／ｓであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
- 鋼製品の少なくとも数セクションが冷却される冷却速度は、低くても０．１Ｋ／ｓであることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
- 鋼製品は平鋼製品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の製造方法。
- 鋼製品は予成形された半成品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の製造方法。
- 鋼製品は互いに結合された少なくとも２つの平鋼製品から形成されており、これらの平鋼製品は、これらの厚さまたは物理的特性に関して互いに異なっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の製造方法。
- ステンレス鋼のＣ含有量は０．５質量％に制限されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の製造方法。
- ステンレス鋼のＣｒ含有量は１１〜１９質量％に制限されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の製造方法。
- 熱間プレス硬化コンポーネントを製造するための、下記元素（％は、質量％）すなわち、
Ｃ：０．０１０〜１．２００％、
Ｐ：０．１％まで、
Ｓ：０．１％まで、
Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
Ｃｒ：１０．５〜２０．０％、
を含有し、さらに必要に応じて、
Ｍｎ：０．１０〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５〜２．５０％、
Ｎｉ：０．０５〜８．５０％、
Ｃｕ：０．０５０〜３．００％、
Ｎ：０．０１〜０．２％、
Ｔｉ：０．０２％まで、
Ｎｂ：０．１％まで、
Ｂ：０．１％まで、
Ｖ：０．２％まで、
Ａｌ：０．００１〜１．５０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ａｓ：０．００３〜０．０１５％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０１％、
Ｓｂ：０．００２〜０．０１％、
Ｐｂ：０．０１％まで、
Ｂｉ：０．０１％まで、
Ｈ：０．００２５％まで、
の群からの１つ以上を含有し、
残り：鉄および不可避の不純物、
からなるステンレス鋼から少なくとも数セクションが作られた鋼製品の使用方法において、
得られたコンポーネントは、マルテンサイト構造を有する領域において、少なくとも９００ＭＰａに達する引っ張り強度および少なくとも２％の伸びＡ８０を有していることを特徴とする使用方法。 - コンポーネントは自動車ボディの一部であることを特徴とする請求項１２記載の使用方法。
- 下記元素（％は、質量％）すなわち、
Ｃ：０．０１０〜１．２００％、
Ｐ：０．１％まで、
Ｓ：０．１％まで、
Ｓｉ：０．１０〜１．５％、
Ｃｒ：１０．５〜２０．０％、
を含有し、さらに必要に応じて、
Ｍｎ：０．１０〜３．０％、
Ｍｏ：０．０５〜２．５０％、
Ｎｉ：０．０５〜８．５０％、
Ｃｕ：０．０５０〜３．００％、
Ｎ：０．０１〜０．２％、
Ｔｉ：０．０２％まで、
Ｎｂ：０．１％まで、
Ｂ：０．１％まで、
Ｖ：０．２％まで、
Ａｌ：０．００１〜１．５０％、
Ｃａ：０．０００５〜０．００３％、
Ａｓ：０．００３〜０．０１５％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０１％、
Ｓｂ：０．００２〜０．０１％、
Ｐｂ：０．０１％まで、
Ｂｉ：０．０１％まで、
Ｈ：０．００２５％まで、
の群からの１つ以上を含有し、
残り：鉄および不可避の不純物、
からなるステンレス鋼から少なくとも数セクションが作られた鋼製品から製造された、少なくとも９００ＭＰａの引っ張り強度および少なくとも２％の伸びＡ８０を有する熱間プレス硬化コンポーネント。 - 自動車ボディのコンポーネントであることを特徴とする請求項１４記載の熱間プレス硬化コンポーネント。
- 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により製造された請求項１４または１５記載の熱間プレス硬化コンポーネント。
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