JP2004174553A

JP2004174553A - 部分的強化部材の製造方法

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Publication number: JP2004174553A
Application number: JP2002343621A
Authority: JP
Inventors: Jiro Hiramoto; 治郎平本; Shinjiro Kaneko; 真次郎金子; Yoshikiyo Tamai; 良清玉井; Takaaki Hira; 隆明比良
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】レーザ等を使用せずとも、また新たな工程を追加せずとも、プレス成形工程の中だけで任意の箇所への歪導入を可能とする部分的強化部材の製造方法を提供する。
【解決手段】歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、板厚挟圧部分の対向二面２，２の少なくとも一方の面に突起を有する金型１、および／または、ダイとパンチのクリアランスδＤＰが前記鋼板の板厚以下である金型を用いてプレス成形する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分的強化部材の製造方法に関し、詳しくは、主として自動車用部品に適用され、また家電、建築等の分野にも適用可能な、部分的強化部材すなわち部分的に強化した部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境保護の観点から自動車車体に対し軽量化が要求され、一方、自動車の衝突安全確保のために車体の耐衝突特性（とくに耐衝突強度）を高めることも要請されている。耐衝突特性を向上させるには通常、衝突部材の板厚を厚くする、あるいは補強材を援用するなどの手段が採られるが、これらの手段によるのでは、必然的に車体重量の増加を伴って軽量化とは相反するため、耐衝突特性と軽量化とを同時に達成するのは困難である。
【０００３】
この困難を克服すべく、近年、耐衝突特性を確保しつつ軽量化を図る有力手段として、部材内の強化したい一部分のみを強化した部材（本明細書ではこの部材を部分的強化部材と称する。）が開発され、広く使用されるようになってきている。
かかる部分的強化部材を製造する方法として、強度が相異なる複数の鋼板を予めレーザ等で溶接結合し一体部品として成形するテーラードブランク法や、レーザで局部加熱・焼入れを行って所望部分の強度を上昇させる方法（特許文献１）がある。
【０００４】
また、例えば歪５％付与後に４００ ℃以下の熱処理を施した場合の引張強度が、歪を付与せず同じ熱処理を施した場合の引張強度に比べて４０ＭＰａ以上上昇する特性を有する鋼板の高強度化予定部分に予歪５％以上を付与したものを、強度傾斜部材用鋼板として、プレス成形後熱処理する工程のプレス成形前素材に用いる技術が知られている（特許文献２）。これによれば、高価な接合装置等によらずとも、生産性よく部分的強化部材を製造することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−７２０１０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２３５４１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、テーラードブランク法や特許文献１所載の技術では、部材製作過程でレーザ等を使用する必要があるため、設備費が高く、また生産性も低いという問題があった。
また、前記特許文献２所載の技術では、プレス成形前の鋼板に予め歪を加える必要があり、製造工程が増えるためコスト高となる問題があった。また、各種プレス品の所定の高強度が要求される部に対応して、鋼板段階で予め歪を付与する必要があるため、プレス品の形状等によっては高強度要求部位に対応する鋼板段階での歪付与部位を精度よく決定することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの問題を解決し、レーザ等を使用せずとも、また新たな工程を追加せずとも、プレス成形工程の中だけで任意の箇所への歪導入を可能とする部分的強化部材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面に突起を有する金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法である。
【０００９】
これにより、プレス成形時に、鋼板の一部分を、金型の板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面の突起で押圧して凹ませることができるから、高歪時効硬化鋼板に部分的に歪を導入することができ、この歪導入部分を以降の熱処理工程で時効硬化させて他の部分よりも高強度化することができる。
また、本発明は、歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、ダイとパンチのクリアランスが前記鋼板の板厚未満である金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法である。
【００１０】
これにより、プレス成形時に、鋼板の一部分を、鋼板板厚未満のクリアランスを有するダイとパンチの隙間内に通してしごき加工することができるから、高歪時効硬化鋼板に部分的に歪を導入することができ、この歪導入部分を以降の熱処理で時効硬化させて他部分よりも高強度化することができる。
また、本発明は、歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面に突起を有し、かつ、ダイとパンチのクリアランスが前記鋼板の板厚未満である金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法である。
【００１１】
これにより、プレス成形時に、鋼板の一部分を、金型の板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面の突起で押圧して凹ませ、かつ、別の一部分を、鋼板板厚未満のクリアランスを有するダイとパンチの隙間内に通してしごき加工することができるから、高歪時効硬化鋼板に部分的に歪を導入することができ、これらの歪導入部分を以降の熱処理で時効硬化させて他部分よりも高強度化することができる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、レーザ等の使用や新たな工程の追加は不要であり、生産性良く部分的強化部材を製造することができる。また、プレス成形段階での歪導入箇所がそのまま強化部分になるから、部分的強化位置を高精度に決定しうる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、プレス成形の被成形材として、歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を用いる。この高歪時効硬化鋼板を用いることにより、これをこのままプレス成形後４００ ℃以下で熱処理するだけで、レーザなどを用いた高価な接合あるいは照射加熱装置を必要とせずに、安価にかつ生産性良く部分的強化部材を製造することができる。
【００１４】
なお、これ以外の鋼板を用いても、プレス成形後に部分的に材料が硬くなった部材を製造することが可能であるが、その硬化の程度は加工硬化の範囲であり、高歪時効硬化鋼板を用いた場合に比べて格段に小さい。すなわち、被成形材として、歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施した時の引張強度と、歪を与える前の引張強度との差ΔＴＳが４０ＭＰａに達しない鋼板を用いると、部材内の強度差が小さく、部材内で部分的に強度を変化させるメリットを享受できない。
【００１５】
ここで、熱処理の温度は４００ ℃以下とする。４００ ℃を超える高温の熱処理では、熱処理を行うための設備費が高くなる。熱処理の温度としては、概ね３００〜１００ ℃とすることが好ましい。また、熱処理として一般的に行われているプレス成形後の塗装焼付けを採用することが、設備費を少なくする上で非常に有利である。このため、高歪時効硬化鋼板のうちでも特にプレス成形後の塗装焼付け相当処理、すなわち１７０ ℃×２０分の熱処理により前記ΔＴＳが４０ＭＰａ以上を示すものを用いることが好ましい。
【００１６】
高歪時効硬化鋼板としては、例えば特開２００２−４７５３６号公報に開示される鋼板、すなわち質量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％未満、Ｐ：０．０８％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５０〜０．０２５０％を含み、Ｎ（質量％）／Ａｌ（質量％）が０．３以上、固溶状態のＮが０．００１０％以上になり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成と、平均結晶粒径１０μｍ以下のフェライト相を面積率で５０％以上含む組織とを有することを特徴とする歪時効硬化特性に優れた高張力熱延鋼板が好適である。
【００１７】
また、本発明では、プレス成形用金型として、板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面に突起を有するもの（以下、突起付き金型ともいう。）を使用する。この突起付き金型は、鋼板を板厚方向に挟圧するように対向する二つの成形面の一方又は両方に突起を設けたものである。図１は、板厚挟圧部分の対向二面２，２の両方（この例ではパンチ４の先端面及びダイ５の底面）に突起３を設けた突起付き金型を例示したものであるが、突起付き金型はこれに限らず、板厚挟圧部分の対向二面のいずれか一方に突起を設けたものであってもよい。また、図１では、対向二面の一方の面の突起と他方の面の突起とが互いに正対しているが、これに限らず、一方の面の突起と他方の面の突起との相互位置関係は、例えば一方の面の突起を他方の面の隣接二突起の中間点と正対させるといったように、適宜設計することができる。
【００１８】
突起は、例えば図２に示すような島状突起３ａでもよく、あるいは例えば図３に示すような線状突起３ｂでもよく、その形態は特に限定されない。突起の個数（あるいは本数）又は高さ等の寸法や断面形状などの設計因子は、付与すべき歪の程度に応じて適宜設定すればよい。
また、かかる突起付き金型を用いることで、プレス成形時に、部材の任意の箇所に歪を簡単に導入することができることに加えて、このような突起付き金型は、プレス成形工程が単一でなく複数の工程からなる場合、該複数の工程中のいかなる工程においても使用することができ、その工程において部材の任意の箇所に歪を導入することができる。例えば、鋼板を突起無しのフラット金型を用いてハット型断面形状に成形し、次いでリストライク工程にて図４に示すようにハット型断面形状の被成形材（鋼板）１０の縦壁部１２を、内側の突起付き金型１ａと外側の突起付き金型１ｂ、１ｃとで板厚方向に挟圧してもよい。なお、図４では、対向二面の一方の面の突起と他方の面の突起とが互いに正対しているが、これに限らず、一方の面の突起と他方の面の突起との相互位置関係は、例えば一方の面の突起を他方の面の隣接二突起の中間点と正対させるといったように、適宜設計することができる。
【００１９】
また、本発明では、前記突起付き金型を用いる代わりに、ダイとパンチのクリアランスが被成形材（鋼板）の板厚より小さい、すなわち当該クリアランスが被成形材の板厚未満である金型を用いてもよい。ダイとパンチのクリアランスとは、図５に示すように、パンチ４とダイ５の金型締め込み方向６に平行な面間の隙間７の面間隔（以下、δＤＰとも記す。）を意味する。
【００２０】
通常はδＤＰは鋼板板厚以上に設定される。そのため、鋼板を例えばハット型断面形状にプレス成形するとき、しわ押え有りのプレス成形（これをドロー成形という。）を行うと、金型締め込み時にダイとパンチの側面間を通って成形後に縦壁部になる箇所の大部分が曲げ‐曲げ戻し変形を受け、そこに大きな歪が導入されるのであるが、しわ押え無しのプレス成形（これをフォーム成形という。）を行うと、前記曲げ‐曲げ戻しを受ける箇所が小さく、歪が十分に導入されない場合があった。
【００２１】
これに対し、本発明によれば、δＤＰを鋼板板厚未満とした金型を用いることにより、フォーム成形の場合でも、金型締め込み時にダイとパンチの側面間を通って成形後に縦壁部になる箇所の大部分（あるいはほとんど全部）がしごき変形を受けるから、そこに十分な大きさの歪を効率的に導入することができる。
また、本発明では、前記突起付きとしてかつδＤＰを鋼板板厚未満とした金型を用いてもよい。かかる金型を用いることにより、プレス成形時にダイとパンチで板厚方向に挟圧される鋼板部分に簡単に適量の歪を導入できると共に、フォーム成形の場合に、ダイとパンチの側面間を通る鋼板部分に効率的に十分な大きさの歪を導入することができる。
【００２２】
【実施例】
表１に示す特徴を有する板厚１．４ｍｍの熱延鋼板▲１▼〜▲３▼を、表２に示す成形方法で断面ハット形状にプレス成形し、該成形品の反頭頂部側の開口部に成形品と同種の鋼板をあてがってその板幅端部を成形品のフランジ部にスポット溶接して、図６に示す寸法形状を有するハット型成形部材を作製した。なお、ここで用いた熱延鋼板▲１▼〜▲３▼はフェライト相を面積率で５０％以上有する、フェライト相を主相とする鋼板である。このハット型成形部材を表２に示す熱処理条件で熱処理したものを試験片として耐衝突性評価試験を行った。この試験では、前記ハット型成形部材の長手方向の一端に重さ４４０ｋｇの錘を２２ｋｍ／ｈの速さで正面衝突させ、同部材の長手方向潰れ量が６０ｍｍに達するまでの吸収エネルギーを測定し、この吸収エネルギーを耐衝突性の評価指標とする。吸収エネルギーの測定結果を表２に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
実施例１と比較例１とは、同じ突起付き金型でドロー成形（１）したことにより、いずれも部材の頭頂部と縦壁部に歪が十分に導入されるが、高歪時効硬化鋼板▲１▼を用いた実施例１では熱処理により前記歪導入部分が十分に高強度化するのに対し、高歪時効硬化鋼板でない鋼板▲３▼を用いた比較例１ではそれほど高強度化せず、そのため実施例１では比較例１よりも吸収エネルギーが高い。
【００２６】
実施例１と比較例３とは、同じ高歪時効硬化鋼板▲１▼を用いたが、突起付き金型でドロー成形（１）した実施例１では部材の頭頂部と縦壁部に歪が十分に導入され、該歪導入部分が熱処理後十分に高強度化するのに対し、突起無しのフラット金型でドロー成形（２）した比較例３では頭頂部にはそれほど歪が導入されず、この部分は熱処理後でもそれほど高強度化しない。そのため実施例１では比較例３よりも吸収エネルギーが高い。なお、因みに、実施例１及び比較例３においては、図６のハット型成形部材をもう１体ずつ作製し、それらを表２の熱処理条件で熱処理後、その頭頂部の中央からＪＩＳ５号引張試験片を採取してＴＳ（引張強度）を測定したところ、実施例１では５１０ＭＰａであったが、比較例３ではそれよりも低い４７１ＭＰａであり、実施例１では頭頂部が十分に強化できていることが判る。
【００２７】
実施例２と比較例２とは、同じ高歪時効硬化鋼板▲２▼を用い、同じフラット金型（δＤＰ＝板厚＋０．１ｍｍ）でフォーム成形（１）し、次いでリストライク成形したが、このリストライク成形において、リストライク成形（１）（：突起付き金型で縦壁部を挟圧）を行った実施例２では縦壁部に歪が十分に導入され、この部分が熱処理後に十分に高強度化するのに対し、リストライク成形（２）（：突起無しのフラット金型で縦壁部を挟圧）を行った比較例２では縦壁部にはそれほど歪が導入されず、この部分は熱処理後でもそれほど高強度化しない。そのため実施例２では比較例２よりも吸収エネルギーが高い。
【００２８】
実施例３は、実施例２においてフォーム成形（１）（：δＤＰ＝板厚＋０．１ｍｍのフラット金型を使用）に代えてフォーム成形（２）（：δＤＰ＝板厚−０．１ｍｍのフラット金型を使用）とし且つリストライク成形を無くしたもので、δＤＰ＜板厚のフォーム成形（２）により、縦壁部に歪が十分に導入され、この部分が熱処理により十分に高強度化して、実施例２と同様、高い吸収エネルギーが得られる。
【００２９】
実施例４は、実施例３においてフラット金型に代えて突起付き金型としたフォーム成形（３）を行ったもので、縦壁部に加え頭頂部にも歪が十分に導入され、これらの部分が熱処理により十分に高強度化して、実施例３よりもさらに高い吸収エネルギーが得られる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ等を使用せずとも、また新たな工程を追加せずとも、プレス成形工程の中だけで部材の所望部分へ簡単に歪を導入でき、該歪を導入した部分をその後の低温熱処理で容易に高強度化しうるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる突起付き金型の一例を示す模式図である。
【図２】島状突起の一例を示す模式図である。
【図３】線状突起の一例を示す模式図である。
【図４】本発明においてリストライク工程で突起付き金型を使用する形態の一例を示す模式図である。
【図５】金型のパンチとダイのクリアランスの定義説明図である。
【図６】ハット型成形部材の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ金型
２板厚挟圧部分の対向二面
３突起
３ａ島状突起
３ｂ線状突起
４パンチ
５ダイ
６金型締め込み方向
７ダイとパンチの金型締め込み方向に平行な面間の隙間
１０被成形材（鋼板）
１１頭頂部
１２縦壁部
１３スポット溶接点

Claims

歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面に突起を有する金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法。
歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、ダイとパンチのクリアランスが前記鋼板の板厚未満である金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法。
歪５％付与後４００ ℃以下の熱処理を施すことにより引張強度が４０ＭＰａ以上上昇する高歪時効硬化鋼板を、板厚挟圧部分の対向二面の少なくとも一方の面に突起を有し、かつ、ダイとパンチのクリアランスが前記鋼板の板厚未満である金型を用いてプレス成形することを特徴とする部分的強化部材の製造方法。