JP2008279485A

JP2008279485A - 耐水素割れ特性の簡易評価方法

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Publication number: JP2008279485A
Application number: JP2007126622A
Authority: JP
Inventors: Tamaki Suzuki; 環輝鈴木; Masaharu Oka; 正春岡; Hiroaki Satou; 寛哲佐藤; Takashi Matsuno; 崇松野; Koji Seto; 厚司瀬戸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: JP5135535B2

Abstract

【課題】プレス加工に供される自動車用薄鋼板等の耐遅れ破壊特性の簡便な評価方法を提供する。
【解決手段】鋼板のせん断加工断面において、せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いることを特徴とする耐水素割れ特性の簡易評価方法。ただし、せん断面率＝せん断面の板厚方向長さ（ａ＋ｂ）／板厚（ｔ）×１００（％）とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車部品等の薄鋼板プレス成形後、特に、高強度鋼板で問題となる耐水素割れ特性（耐遅れ破壊特性ともいう）の簡易評価方法に関する。

自動車部品等の薄鋼板プレス成形後の製品について、特に高強度鋼板での課題の一つに耐水素割れがある。

鋼板の耐遅れ破壊特性については、従来から実際の使用環境下での長期間の暴露試験により行われてきた。この試験には、多大な試験時間と労力を必要とするため、試験期間を短縮した室内試験を用いる方法が種々提案され、実施されている。

特許文献１には、打ち抜き加工や切断加工を行った加工端部の割れ、具体的には、水素の進入による割れ起因の遅れ破壊を防止するため、切断時の残留応力を低減させることを目的として、刃先端部から刃元に欠けて末広がり状（テーパー状）の切断刃を用いて、全断面に対して穴を押し広げる又は端面前面に押し付け加工を行う発明が記載されている。
特開２００６−２８９４９１号公報

しかし、従来の評価方法では、いずれの手法も、多量のサンプルと工数で耐遅れ破壊特性を評価する必要があった。

また、特許文献１に記載された発明は、実際に切断時の残留応力が低減し、耐遅れ破壊特性が向上したかどうかの判定には、従来の評価方法を用いて耐遅れ破壊評価を行うか、残留応力測定を行う必要があるという問題がある。

従って、加工後、短時間で簡便に耐遅れ破壊特性を評価しうる方法の確立が課題となっている。

本発明は、この課題を解決しようとするものである。

上記の課題を解決するため、本発明者らは、短時間で簡便に試験を行うことができるせん断加工断面に占めるせん断面の板厚方向長さを板厚で割った値（せん断面率と定義する）で耐遅れ破壊特性を評価できるか鋭意検討した。

その結果、せん断加工断面に占めるせん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いると、耐水素割れ特性と非常に良い相関を示すことを突き止めた。さらに、せん断加工断面において、後述するように、せん断加工断面に二次せん断面を有する場合は、せん断加工断面に占める二次せん断面の板厚方向長さを板厚で割った値（二次せん断面率と定義する）を耐水素割れの評価パラメータとして用いると、耐水素割れ特性とさらに非常に良い相関も示すことを突き止めた。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）鋼板のせん断加工断面において、せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いることを特徴とする対水素割れ特性の簡易評価方法。

ただし、せん断面率＝せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。
（２）前記せん断加工断面が、1回の打抜き加工のみを行った鋼板のせん断加工断面であることを特徴とする（１）記載の耐水素割れ特性の簡易評価方法。
（３）1回のみの打抜き加工を行った鋼板の加工断面において、二次せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いることを特徴とする耐水素割れ特性の簡易評価方法。

ただし、二次せん断面率＝二次せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。

本発明によれば、薄鋼板のせん断加工断面の耐遅れ破壊特性を簡便に短時間で評価できるようになる。

本発明者は、まず、せん断加工断面を詳細に観察した。

図１に示すように、一次せん断面２はうち抜き側でだれ１の後に現れ、せん断面特有の打抜き方向に平行な筋が観測される位置と定義する。一次せん断面２しか観察されない場合は、一次せん断面は、単にせん断面ともいう。

また、せん断打抜き加工において例えばクリアランスが小さいときには、図２に示すように、１次せん断面４に続いて生じる破断面中に二次せん断面５を呈し、さらにクリアランスが小さくなると一次せん断面４に続いて二次せん断面５を呈する（図示しない）。ここで、二次せん断面５は、図２において、一次せん断面４より打抜き方向で下流側のせん断面と定義する。光学顕微鏡で観察した場合、一次せん断面と二次せん断面の境界に横方向の線が観察されることが多い（図示しない）。この線は、一次せん断と二次せん断が断続的に起こったために発生したと思われる。

なお、本発明のせん断加工断面とは、シャー切断、ポンチ及びダイスによる打ち抜き加工、穴あけ、縁取り、シェービング等で得られた加工断面をいう。

せん断加工断面のX線残留応力測定の結果、せん断面での残留応力が低く、従来行われている試験において耐遅れ破壊特性を調べた結果、せん断面率が遅れ破壊特性と相関が高いことを知見した。これは、図３に示すようにせん断面率が、打抜き断面での周方向の応力分布（引張応力）の最大値と非常に相関があることによる。尚、図３に示す周方向の応力分布は、Ｘ線残留応力測定法によって測定した。

本発明者らは、上記事項を踏まえた検討を行い、せん断加工断面に占めるせん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いると、耐遅れ破壊特性を簡便に短時間で評価できることを見出した（前記（１）に係る発明）。

ただし、せん断面率＝せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。

また、せん断加工断面が、特許文献１に記載されているテーパー状の切断刃を用いて、穴を押し広げるような加工をせずに、ポンチ及びダイス、又はシャー切断等において、1回の打抜き加工（切断を含む）のみを行った鋼板のせん断加工断面において、せん断面率と耐遅れ破壊特性に相関があることを知見した（前記（２）に係る発明）。

図４に1回の打抜き加工のみを行った鋼板について拡散性水素量とせん断面率と耐水素割れの関係を示す。試料中の拡散性水素量は、ガスクロマトグラフによる昇温水素分析法で測定することができる。本発明では、鋼材を１００℃／hourの昇温速度で加熱した際に、室温から３００℃までに鋼材から放出される水素量を拡散性水素量と定義して、ガスクロマトグラフによる昇温水素分析法で拡散性水素量を測定した。

図４より、せん断面率が高い方が、耐遅れ破壊特性が良好であることがわかる。

上記の（１）または（２）に係る本発明において、二次せん断面も観察される場合、せん断面とは、後述の（３）に係る発明との関係で、一次せん断面＋二次せん断面ともいう。上記の（１）または（２）に係る本発明において、例えば、せん断面率２５％（閾値）以上の場合、耐遅れ破壊特性良好と判定する。これは、せん断面率が上がると徐々に残留応力の値の低い領域の面積が増えるが、せん断面率が２４％までは残留応力が最大である箇所の値が変わらないため、耐遅れ破壊特性の向上に相関がないが、せん断面率が２５％以上となると、残留応力が最大である箇所が変化し、かつ、残留応力の最大値が劇的に減少し始めるため、耐遅れ破壊特性が向上するものと思われる。上述の方法によれば、短時間で、かつ、簡便に耐遅れ破壊特性を評価することができる。なお、閾値は、「残留応力の最大値が劇的に減少する際のせん断面率」と定義する。

また、1回のみの打抜き加工を行った鋼板の加工断面において、図５に示すように、二次せん断面が発生する場合、二次せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いると、耐遅れ破壊特性と相関があることを知見した（前記（３）に係る発明）。

ただし、二次せん断面率＝二次せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。
図５に1回の打抜き加工のみを行った鋼板について拡散性水素量と二次せん断面率と耐水素割れの関係を示す。図５より、耐遅れ破壊特性が良好な場合、二次せん断面率が極めて高く、耐遅れ破壊特性と非常に相関が高いことがわかる。

二次せん断面率と遅れ破壊特性が相関のある理由は、上述の残留応力が最大である箇所の変化と二次せん断面率と相関が特に高いためと考えられる。この場合、二次せん断面率が閾値以上である場合には、耐遅れ破壊特性が良好であると判断する。なお、閾値の定義は、上述したので説明を省略する。

表1、２に示す板厚、および、同表のビッカース硬さである機械特性を有する熱延鋼板を供試材とし、これらの鋼板から表１、２に示す条件で、１回のみで打抜きを行った。打ち抜きはポンチ及びダイスを用いて、打ち抜いた形状は円形φ２０ｍｍとし、ポンチとダイスのクリアランスを変えて試料を作製した。せん断加工断面を光学顕微鏡で観察し、せん断加工断面に占めるせん断面率を測定し、従来法による耐遅れ破壊特性との相関を調べた。従来法は、拡散性水素量を変えて、鋼材が割れるか割れないかを判定することにより実施した。

表１、２に示す結果から明らかなように、加工断面の耐遅れ破壊特性と加工断面に占めるせん断面の面積率の良い相関を示した。

本発明は、薄鋼板プレス成形での遅れ破壊が問題になるあらゆる産業に利用することができる。

せん断加工断面の模式図を示す。別のせん断加工断面の模式図を示す。せん断面率と応力の関係を示す。せん断面率と拡散性水素量の関係を示す。二次せん断面率と拡散性水素量の関係を示す。

符号の説明

１だれ
２せん断面（一次せん断面ともいう）
３破断面
４一次せん断面
５二次せん断面

Claims

鋼板のせん断加工断面において、せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いることを特徴とする耐水素割れ特性の簡易評価方法。
ただし、せん断面率＝せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。
前記せん断加工断面が、1回の打抜き加工のみを行った鋼板のせん断加工断面であることを特徴とする請求項1記載の耐水素割れ特性の簡易評価方法。
1回のみの打抜き加工を行った鋼板の加工断面において、二次せん断面率を耐水素割れの評価パラメータとして用いることを特徴とする耐水素割れ特性の簡易評価方法。
ただし、二次せん断面率＝二次せん断面の板厚方向長さ／板厚×１００（％）とする。