JP2011031254A - Method of hot-press-forming steel sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼板の熱間プレス成形方法に関する。この方法で成形された製品は、自動車用骨格部品等に好ましく用いうる。 The present invention relates to a hot press forming method for a steel sheet. The product molded by this method can be preferably used for automobile frame parts and the like.
本発明の背景技術として、特許文献1〜3が挙げられる。
特許文献1には、熱間プレスにても冷間プレスと遜色ない高生産性が確保できる手段として、C:0.2質量%以上を含有する薄鋼板を850℃以上に加熱後プレス成形するに際し、プレス金型が下死点到達後5秒以内に成形品をプレス金型から取り出して冷却速度30℃/s以上で冷却し、成形品の硬さHvを400以上とする熱間プレス方法が記載されている。
As background art of the present invention,
In
特許文献2には、高さが低くコンパクトな設計で高速動作性に優れ、プレス下死点での静止保持が可能なホットプレス方法として、ホットな状態にある鋼板を上下一対の金型間で所定形状にプレス成形するにあたり、高速昇降装置(駆動源:サーボモータ)により駆動する上型をプレス下死点まで降下させて鋼板を上下一対の金型間で所定形状にプレスした状態で、低速高荷重昇降装置(駆動源:油圧シリンダ)により駆動する下型を上昇させて静止保持し焼き入れする方法が記載されている。
In
特許文献3には、ブランク押さえを要する絞り変形や張出し変形にも適用可能な、鋼板を熱間プレスする技術として、C:0.15質量%以上を含有する鋼板を850℃以上に加熱後、10℃/s以上の冷却速度で冷却しながら、プレス成形開始温度Tp[℃]を600℃以下とし、プレス成形終了温度を前記鋼板のマルテンサイト変態開始温度Ms[℃]以上としてプレス成形し、その後300℃以下まで10℃/s以上の冷却速度で冷却する熱間プレス方法が記載されている。 In Patent Document 3, as a technology for hot pressing a steel plate, which can be applied to drawing deformation and overhang deformation that require blank pressing, C: a steel plate containing 0.15% by mass or more is heated to 850 ° C. or more, While cooling at a cooling rate of 10 ° C./s or more, press forming is performed by setting the press forming start temperature Tp [° C.] to 600 ° C. or less and the press forming end temperature to be the martensite transformation start temperature Ms [° C.] or more of the steel sheet, Thereafter, a hot pressing method is described in which cooling is performed at a cooling rate of 10 ° C./s or higher to 300 ° C. or lower.
特許文献1の技術では、プレス装置とは別個に冷却装置を必要とし、また、プレス装置を冷却装置の冷媒から遮蔽する必要がある。特許文献2の技術では、プレス装置のみ使用するものの、プレス成形性向上には言及していない。特許文献3の技術では、850℃以上の加熱温度から650℃以下のプレス開始温度まで10℃/s以上の冷却速度で鋼板を冷却する工程を追加する必要がある、あるいはタクトタイムが長くなり、生産性が低下するといった問題がある。
In the technique of
すなわち、背景技術では、熱間プレスにおいてプレス成形性を向上させようとすると、生産性の低下や、プレス後に別個の装置による強制冷却工程の追加、あるいはプレス前に強制冷却工程の追加が必要であり、かかる追加工程なしではプレス成形性向上は期待できず、この点が課題であった。 In other words, in the background art, in order to improve the press formability in hot pressing, it is necessary to reduce productivity, add a forced cooling process by a separate device after pressing, or add a forced cooling process before pressing. However, without such additional steps, improvement in press formability cannot be expected, which is a problem.
本発明は、前記課題を解決し、熱間プレス成形工程において、プレス前の格別の強制冷却なしに、かつ、プレス後の金型抜熱冷却(金型との接触を保って金型への熱伝導を促すことによる冷却)以外の格別の強制冷却なしに、プレス成形性向上を達成できる手段を提供するものであり、その要旨構成は次のとおりである。
(1)鋼板を850℃以上に加熱し、金型を用いて熱間プレス成形を650℃超の成形開始温度から行い、成形終了後は金型を下死点位置に保持する鋼板の熱間プレス成形方法において、平均成形速度を100mm/s以上とすることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
(2)前記金型を駆動するプレス機にはサーボプレス機を用いることを特徴とする前項(1)に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
The present invention solves the above-mentioned problem, and in the hot press forming process, without special forced cooling before pressing, and after the pressing, heat removal from the mold (maintaining contact with the mold to the mold) The present invention provides means capable of achieving improvement in press formability without any special forced cooling other than (cooling by promoting heat conduction), and the gist configuration is as follows.
(1) Heat the steel plate to 850 ° C. or higher, perform hot press forming from a forming start temperature exceeding 650 ° C. using a mold, and hold the mold at the bottom dead center position after forming. In the press forming method, a hot press forming method of a steel sheet, wherein an average forming speed is 100 mm / s or more.
(2) The hot press forming method for a steel sheet according to (1) above, wherein a servo press is used as a press for driving the mold.
本発明によれば、熱間プレス成形工程において、プレス前の格別の強制冷却なしに、かつ、プレス後の金型抜熱冷却(金型との接触を保って金型への熱伝導を促すことによる冷却)以外の格別の強制冷却なしに、プレス成形性、特に張出し成形性の向上を達成できる。 According to the present invention, in the hot press forming process, without special forced cooling before pressing, and after the pressing, heat removal from the mold (maintaining contact with the mold to promote heat conduction to the mold) Improvement of press formability, particularly stretch formability, can be achieved without any special forced cooling other than cooling.
素材としての鋼板は、質量%でC:0.15%以上を含有する組成の鋼板であることが好ましい。Cが0.15%未満では、金型抜熱冷却による焼入れが不十分となる場合がある。その他の元素は特に限定されず、Si,Mn,P,Sなどの基本元素は適宜含まれていてもよく、また、焼入れ性を高めるため、Cr,Mo,Ti,Bなどを添加してもよい。 The steel plate as the raw material is preferably a steel plate having a composition containing C: 0.15% or more by mass%. If C is less than 0.15%, quenching by heat removal from the mold may be insufficient. Other elements are not particularly limited, and basic elements such as Si, Mn, P, and S may be included as appropriate, and Cr, Mo, Ti, B, and the like may be added to improve hardenability. Good.
加熱温度は、素材を十分オーステナイト化するために、850℃以上とする。なお、搬送時の剛性などの観点から、加熱温度は1050℃以下が好ましい。
素材板厚は、0.8〜3.0mmとするのが好ましい。0.8mm未満の場合、成形製品の剛性を確保するのが困難となる。3.0mm超の場合、板厚中心部まで焼入れ硬化させるのが困難となる。
The heating temperature is 850 ° C. or higher in order to sufficiently austenite the material. Note that the heating temperature is preferably 1050 ° C. or less from the viewpoint of rigidity during conveyance.
The material plate thickness is preferably 0.8 to 3.0 mm. If it is less than 0.8 mm, it is difficult to ensure the rigidity of the molded product. In the case of more than 3.0 mm, it is difficult to quench and harden to the center of the plate thickness.
成形開始温度は650℃超とする。650℃以下で成形開始すると、加熱完了から成形開始までの間を空冷(自然冷却)で冷却するとその間で素材にフェライトが生成して強度不足につながる場合があることや生産性が低下するため、プレス前に強制冷却(空冷よりも速い冷却速度での冷却)工程の追加が必要となり、課題を解決できない。
平均成形速度(鋼板の成形開始時点(固定、可動のいずれかの金型が鋼板の成形対象部と最初に接触した時点)から成形終了時点(可動金型が下死点に到達した時点)までの間の可動金型移動距離を時間で除した量)は100mm/s以上とする。発明者らは、熱間成形の主成形モードである球頭張出し成形実験を行い、成形限界高さ(Limit Dome Hight;LDH)と平均成形速度の関係を調査した。その結果見出されたことに、LDHは平均成形速度の増加につれて上昇し、その上昇傾向をみると、平均成形速度が100mm/s未満の範囲ではLDHの上昇傾向は小さいが、平均成形速度が100mm/s以上になるとLDHの上昇傾向が急増する。この知見に基づいて本発明では平均成形速度を100mm/s以上に限定した。
The molding start temperature is over 650 ° C. When molding is started at 650 ° C. or lower, cooling from the completion of heating to the start of molding by air cooling (natural cooling) may result in ferrite forming in the material and leading to insufficient strength, and productivity is reduced. It is necessary to add a forced cooling (cooling at a cooling rate faster than air cooling) process before pressing, and the problem cannot be solved.
Average forming speed (from the start of steel plate forming (when either a fixed or movable die first contacts the forming target part of the steel plate) to the end of forming (when the movable die reaches bottom dead center) The amount obtained by dividing the moving distance of the movable mold by the time) is 100 mm / s or more. The inventors conducted a ball head overhang forming experiment, which is the main forming mode of hot forming, and investigated the relationship between the forming limit height (Limit Dome Hight; LDH) and the average forming speed. As a result, LDH increased as the average molding speed increased. Looking at the upward trend, the increase in LDH was small when the average molding speed was less than 100 mm / s, but the average molding speed was When it becomes 100 mm / s or more, the upward trend of LDH increases rapidly. Based on this knowledge, in the present invention, the average molding speed is limited to 100 mm / s or more.
なお、前記実験において、LDHまで成形した成品のポンチ頂部(原点とする)からダイス肩部(原点からの相対距離を1とする)にかけて測定した板厚減少率の分布曲線は、原点からの相対距離が2/3程度になる位置に急峻なピークを有して、この位置が割れ発生危険部位であることを示す。そして、この分布曲線は、平均成形速度が100mm/s以上になると、原点付近の裾野が上昇し、ひずみ分布が均一化する傾向が現れることを示す。一方、素材のポンチ頂部は、成形開始からの冷却曲線によると、コンマ数秒で100℃近く冷える。また、高温変形強度データによると、100℃の温度差がある場合の変形強度の違いは、非常に大きい。これらのことから、平均成形速度を100mm/s以上とすることでLDHが大きく上昇する理由は、素材のポンチ頂部があまり冷えないうち、すなわち素材の最低温度部であるポンチ頂部の温度と他部との温度差すなわち変形強度差が小さいうちに成形が進行し、割れ発生危険部位へのひずみの局所集中が緩和されることにあると考えられる。 In the experiment, the distribution curve of the plate thickness reduction rate measured from the top of the punch molded from LDH to the die shoulder (relative distance from the origin is 1) is relative to the origin. It has a steep peak at a position where the distance is about 2/3, indicating that this position is a crack-prone area. And this distribution curve shows that when the average forming speed is 100 mm / s or more, the base near the origin increases and the strain distribution tends to become uniform. On the other hand, according to the cooling curve from the start of molding, the top of the punch of the material cools near 100 ° C. in a few seconds. Further, according to the high-temperature deformation strength data, the difference in deformation strength when there is a temperature difference of 100 ° C. is very large. From these facts, the reason why the LDH greatly increases by setting the average forming speed to 100 mm / s or more is that the top of the punch of the material is not cooled very much, that is, the temperature of the top of the punch that is the lowest temperature of the material and other parts. It is considered that the molding proceeds while the temperature difference with respect to the difference, that is, the deformation strength difference is small, and the local concentration of strain to the crack-prone area is alleviated.
ところで、金型(のうち可動金型)を駆動するプレス機の種類には、クランクプレス機、油圧プレス機、サーボプレス機の3つがある。クランクプレス機は成形速度は最も速いが、下死点での金型保持ができないため、本発明には使えない。油圧プレス機は下死点での金型保持は容易であるが、クランクプレス機と比較して成形速度に制限があり、本発明に全く使えないというわけではないが、好適とはいえない。これらに対しサーボプレス機は、下死点での金型保持が容易であって、かつ、平均成形速度100mm/s以上を大きな余裕で達成でき、また、成形速度の制御性にも優れるので、本発明の実施にはサーボプレス機を用いることが好ましい。 By the way, there are three types of press machines for driving a mold (movable mold among them): a crank press machine, a hydraulic press machine, and a servo press machine. The crank press has the fastest molding speed, but cannot be used in the present invention because it cannot hold the mold at the bottom dead center. Although the hydraulic press machine can easily hold the mold at the bottom dead center, the molding speed is limited as compared with the crank press machine, and it is not completely unusable for the present invention, but it is not preferable. On the other hand, the servo press machine can easily hold the mold at the bottom dead center, can achieve an average molding speed of 100 mm / s or more with a large margin, and has excellent control of the molding speed. It is preferable to use a servo press for carrying out the present invention.
図1に断面図を示すプレス機を用いて熱間プレス成形実験を行った。このプレス機は、クッション3に素材10を乗せ、サーボモータ駆動9でダイ(可動金型)2を下降させ、素材10の縁部をダイ2とクッション3とで挟圧しつつ押し下げ、素材10の成形対象部を球頭ポンチ(固定金型)1に押圧して成形する方式のサーボプレス機である。主成形モードは張出し成形である。素材には、表1に示す組成を有する板厚1.6mmの鋼板を用いた。素材を900℃に加熱し、成形開始までは空冷し、750℃到達時点で成形開始し、平均成形速度を30〜120mm/sの範囲内で種々変えて成形し、成形終了後、ダイを下死点位置に保持して金型抜熱冷却(焼入れ)を行った。潤滑条件は無潤滑とし、クッション荷重は50トンとした。平均成形速度を変えた条件ごとに、成形高さを0.5mmピッチで変え、成形限界高さ(LDH)を求めた。なお、LDHは、割れが発生した時の成形高さ値から1ピッチ分(0.5mm)を減じた値である。その結果を表2および図2に示す。図2より、発明例では比較例に比べ、平均成形速度増加によるLDHの上昇傾向が格段に大きく、プレス成形性が顕著に改善されていることが明らかである。
A hot press molding experiment was conducted using a press machine whose cross-sectional view is shown in FIG. In this press machine, the
1 球頭ポンチ(固定金型)
2 ダイ(可動金型)
3 クッション
9 サーボモータ駆動
10 素材(鋼板)
1 Ball head punch (fixed mold)
2 Die (movable mold)
3 Cushion 9 Servo
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