JP2005334960A

JP2005334960A - 鋼板のプレス成形方法及びプレス成形体

Info

Publication number: JP2005334960A
Application number: JP2004159740A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kondo; 修近藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】かじりの発生を抑制しつつ高強度薄鋼板も含めた鋼板の、プレス成形後のスプリングバッグを抑制し、形状凍結性に優れた成形品（プレス成形体）を得られる鋼板のプレス成形方法を提供する。
【解決手段】鋼板を加熱してプレス成形するに際して、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を塗布すると共に鋼板と接触するプレス成形用金型の表面に熱間圧延用エマルジョン圧延油や石鹸水などの冷却剤を塗布し、鋼板をγ単相温度まで加熱した上でプレス成形する。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えばドアインパクトビームなどの自動車部品などを製造するのに用いられる鋼板のプレス成形方法及び同方法により成形されたプレス成形体に関する。

近年、自動車の衝突安全対策や環境および省エネルギー対策などの観点から、自動車部品の強度向上と軽量化が要求されている。このような要求に応えるため、ドアインパクトビームなどの自動車部品は、従来、高強度薄鋼板をプレス成形して製造されている場合が多い。本発明において、高強度とは常温での引張強さが４００ＭＰａ以上、薄鋼板とは板厚が公称値１４．０ｍｍ以下のものを指すこととする。

しかしながら、高強度薄鋼板をプレス成形すると、プレス成形後にスプリングバックが発生する場合が少なくない。このため、プレス成形体がスプリングバックの影響を大きく受けて変形し、形状凍結不良が発生し易いという問題があった。
そこで、考えられたのが鋼板を加熱してプレス成形する方法である。高温に加熱してプレス成形することで、成形品（プレス成形体）側に導入される歪や、それに伴う残留応力が緩和され、スプリングバッグが発生するのを抑制することができる。これと同時に、プレス成形体はプレス成形用金型により熱を奪われて、急冷されることで焼入され、表層部がマルテンサイト化されることで強度が高められるという利点がある。しかし、ここで一つ問題がある。それは、鋼板を加熱してプレス成形すると、かじりが発生してプレス成形体の表面品質を著しく損なうことである。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、かじりの発生を抑制しつつ高強度薄鋼板も含めた鋼板のプレス成形後のスプリングバッグを抑制し、形状凍結性に優れた成形品（プレス成形体）を得られる鋼板のプレス成形方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明の鋼板のプレス成形方法は、鋼板を加熱してプレス成形するに際して、前記鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を付着させると共に前記鋼板と接触するプレス成形用金型の表面に冷却剤を付着させ、前記鋼板をγ単相温度まで加熱した上でプレス成形することを特徴とする。
また、請求項２に係る本発明のプレス成形体は、請求項１に係る本発明のプレス成形方法によりプレス成形されたことを特徴とする。

本発明の鋼板のプレス成形方法によれば、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を塗布することにより、鋼板とプレス成形用金型との摺動性が良くなるので、かじりの発生を抑制できる。また、鋼板をγ単相温度まで加熱した上でプレス成形することにより、プレス成形体がプレス成形用金型との接触により熱を奪われて急冷されることで焼入され、表層部がマルテンサイト化されるので、プレス成形体の強度を高めることができる。そして、鋼板をγ単相温度という高温まで加熱した上でプレス成形することにより、プレス成形体側に導入される歪や、それに伴う残留応力が緩和され、プレス成形後にスプリングバッグが発生するのを抑制することができる。さらに、プレス成形用金型に冷却剤を塗布しておくことにより、プレス成形体の表層部が冷却剤によって潤滑されると共に急冷される。これにより、かじりの発生を抑制でき、鋼板の焼入をさらに強化することもできるので、成形性を高めると同時にプレス成形体の強度をさらに高めることができる。

本発明に用いる鋼板としては、Ｃ：０．０１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜２．０質量％を含むものが好適に適合するが、本発明に用いる鋼板は、加熱してγ単相に変態するものであれば、これに限るものではない。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鋼板のプレス成形方法を説明するためのフローチャートである。同図に示すように、本発明の一実施形態では、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を付着させ（ステップＳ１）、窒化ホウ素粉末が付着された鋼板をγ単相温度（例えば８００℃〜１０００℃）まで加熱する（ステップＳ２）。また、これと並行して、鋼板をプレス成形するときに用いられるプレス成形用金型にパラフィン系鉱物油などの冷却剤を付着させ、鋼板と接触するプレス成形用金型の表面に冷却剤の膜を形成する（ステップＳ３）。

ここで、鋼板に窒化ホウ素粉末を付着させる理由は、鋼板とプレス成形用金型との摺動性を良くし、かじりの発生を抑制するためである。また、鋼板の酸化を抑制するねらいもある。そして、プレス成形用金型の表面に冷却剤を付着させる理由も、鋼板とプレス成形用金型との摺動性を良くし、かじりの発生を抑制することが主であるが、付着させる冷却剤としては、例えば図２に示す熱間圧延用エマルジョン圧延油３６や、石鹸水などが好適である。単なる水であっても効果がある。また、圧延油の粘度は２〜１６００mm²／sのものが好適である。
ステップＳ２にて鋼板をγ単相温度まで加熱し、ステップＳ３にてプレス成形用金型の表面に冷却剤を塗布した後、鋼板をプレス成形用金型でプレス成形する（ステップＳ４）。なお、図２中３０は圧延油の粒子、３３は親水基３４を備えた脂肪族炭化水素である。

鋼板をγ単相温度まで加熱した上でプレス成形することにより、プレス成形体がプレス成形用金型で焼入され、表層部がマルテンサイト化するので、プレス成形体の強度を高めることができる。そして、鋼板をγ単相温度という高温まで加熱した上でプレス成形することにより、プレス成形体側に導入される歪や、それに伴う残留応力が緩和され、プレス成形後にスプリングバッグが発生するのを抑制することができる。さらに、プレス成形用金型に冷却剤を付着させておくことにより、プレス成形体の表層部が冷却剤によって急冷される。これにより、鋼板の焼入をさらに強化することできるので、プレス成形体の強度をさらに高めることができる。

なお、上述した実施の形態では、プレス成形用金型への冷却剤の塗布を鋼板の加熱と並行して行なったが、プレス成形用金型への冷却剤の塗布を鋼板の加熱前に行なっても、後で行なってもよい。
また、鋼板の成分としては、上述したＣ及びＭｎ以外に、
Ｓｉ：０．０２〜５．０質量％、
Ａｌ：０．０２〜５．０質量％、
Ｃｒ：０．０２〜２．０質量％、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１質量％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．０５質量％、
Ｎｂ：０．００２〜０．２質量％、
Ｔｉ：０．００２〜０．２質量％、
Ｍｏ：０．００２〜１．０質量％、
Ｖ：０．００２〜１．０質量％、
Ｂ：０．０００２〜０．００５質量％
のうちの一種又は二種以上を含んでもよい。

本発明において、鋼板の表面に塗布する窒化ホウ素粉末の量の好適範囲を調査するために、ＳＡＥ（米国自動車技術者協会）規格の冷間圧延鋼板（Ｃ：０．２質量％、Ｍｎ：０．８５質量％、Ｂ：０．００２質量％、Ｎ：０．００２質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｐ：０．００５質量％、Ｓ：０．００２質量％、Ａｌ：０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０１質量％を含み残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる炭素鋼、板厚：１．８ｍｍ）に窒化ホウ素粉末を塗布した後、加熱温度：９５０℃（Ａc３：８１０℃）、加熱雰囲気：大気、の条件で加熱し、大気中で冷却した後、鋼板の断面を４００倍視野の顕微鏡で観察し、鋼板表層部の脱炭層の厚さを測定した。脱炭層の厚さは、顕微鏡視野中、鋼板表面の凹凸の最も凸な位置と、脱炭層の影響で結晶粒が白くなって見える、鋼板表層部の最も板厚中心寄りの位置とを通る２本の平行な線を引き、その線の間隔を測定した。

図３に、脱炭層の厚さを測定したときの結果を示す。
図３の測定結果から、鋼板の表面に塗布された窒化ホウ素粉末の量が０．８ｇ／ｍ²以上になると、鋼板表層部における脱炭層の厚さが急激に低下することがわかる。したがって、鋼板の表面に塗布する窒化ホウ素粉末の量を０．８ｇ／ｍ²以上とすることで、脱炭層の厚さを１０μm以下とすることができ、好ましい。なお、鋼板表面への窒化ホウ素粉末の最大塗布量は、特に規定するものではないが、あふれ出てしまって、これ以上塗布できなくなることから自ずと限度があり、５ｇ／ｍ²以下とすることが好ましい。

鋼板として、Ｃ：０．２質量％、Ｍｎ：０．８５質量％、Ｂ：０．００２質量％、Ｎ：０．００２質量％、Ｓｉ：０．０２質量％、Ｐ：０．００５質量％、Ｓ：０．００２質量％、Ａｌ：０．０２５質量％、Ｔｉ：０．０１質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる炭素鋼（板厚：１．８ｍｍ）を使用した。そして、この炭素鋼板を図４のような形状にプレス成形するときに鋼板表面に窒化ホウ素粉末０．８ｇ／ｍ²を塗布した場合と塗布しない場合、プレス成形用金型に熱間圧延用エマルジョン圧延油（冷却剤）を塗布した場合と塗布しない場合について、種々加熱温度を変更してプレス成形を行なったときの成形性と焼入性、さらにスプリングバック量を調査した結果を表１に示す。

表１において、試験番号１は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：有り、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：有り、鋼板加熱温度：６５０℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例を示し、試験番号２は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：有り、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：有り、鋼板加熱温度：８００℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例を示している。また、試験番号３は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：有り、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：有り、鋼板加熱温度：８５０℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例、試験番号４は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：有り、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：有り、鋼板加熱温度：９５０℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例、試験番号５は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：無し、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：有り、鋼板加熱温度：９５０℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例、試験番号６は鋼板表面への窒化ホウ素粉末の塗布：有り、プレス成形用金型への冷却剤の塗布：無し、鋼板加熱温度：９５０℃の条件で鋼板をプレス成形したときの例をそれぞれ示している。また、表１中の成形性の評価で○は問題なし、×はかじり発生を表し、焼入評価で○はＨｖ４００以上、×はＨｖ４００未満を表している。

なお、スプリングバック量については、図４に示すΔＷ＝Ｗ−Ｗ₀を測定した。
表１の結果から明らかなように、鋼板の加熱温度が６５０℃では、焼入性が悪く、鋼板の加熱温度が８００℃以上になると、焼入性が良くなることがわかる。したがって、鋼板の加熱温度を８００℃以上とするのが好ましい。
また、表１の結果から明らかなように、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を塗布しないで鋼板をプレス成形するとかじりが発生し易くなり、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を塗布すると、かじりが発生し難くなることがわかる。したがって、鋼板を加熱してプレス成形する際には、鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を塗布してから加熱してプレス成形することにより、かじりの発生を抑制することができる。

さらに、表１の結果から明らかなように、プレス成形用金型に冷却剤を塗布しないで鋼板をプレス成形するとかじりが発生し易くなり、プレス成形用金型に冷却剤を塗布すると、かじりが発生し難くなることがわかる。したがって、鋼板を加熱してプレス成形する際には、鋼板と接触するプレス成形用金型の表面に熱間圧延用エマルジョン圧延油などの冷却剤を塗布することにより、かじりの発生を抑制することができる。このほか、鋼板の焼入をさらに強化することもでき、成形性を高めると同時にプレス成形体の強度をさらに高めることもできる。
一方、スプリングバック量については、鋼板の加熱温度が６５０℃で２．７ｍｍのスプリングバック量となっている。問題ないレベルであるが、鋼板の加熱温度が８００℃以上になると、さらにスプリングバック量が低減しており、好ましいことがわかる。

本発明の一実施形態に係る鋼板のプレス成形方法を説明するためのフローチャートである。プレス成形用金型の表面に塗布される冷却剤の一例を示す図である。鋼板の表層部に形成される脱炭層の厚さと鋼板の表面に塗布される窒化ホウ素粉末の塗布量との関係を示す図である。プレス成形体の例と寸法、スプリングバック量の定義を示す図である。

符号の説明

３０圧延油
３３脂肪族炭化水素
３４親水基
３６熱間圧延用エマルジョン圧延油

Claims

鋼板を加熱してプレス成形するに際して、前記鋼板の表面に窒化ホウ素粉末を付着させると共に前記鋼板と接触するプレス成形用金型の表面に冷却剤を付着させ、前記鋼板をγ単相温度まで加熱した上でプレス成形することを特徴とする鋼板のプレス成形方法。
請求項１記載のプレス成形方法によりプレス成形されたことを特徴とするプレス成形体。