JP2013184221A - 重ね合わせ熱間プレス部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重ね合わせた鋼板の重ね合わせ部の内部で表面割れが発生せず、焼入れ不良のない健全な重ね合わせ熱間プレス部材を提供する。
【解決手段】母材鋼板1a、及び亜鉛系めっき被膜1bを有する亜鉛系めっき鋼板である第1の鋼板1と、亜鉛系めっき被膜を介して第1の鋼板に重ね合わされることにより第1の鋼板との間に重ね合わせ部3を形成する第2の鋼板2とを重ね合わせ、熱間プレス成形によって亜鉛系めっき被膜のうち重ね合わせ部の内部に臨む部分が形成された母材鋼板の一部又は全部に形成された、1.5％以上の歪みを加えられた歪み付加部5と、歪み付加部5に対向する第2の鋼板との間に0.03〜2.0mmの隙間6を形成する第1の工程と、第1の鋼板と第2の鋼板とを、隙間が形成された状態で重ね合わせて熱間プレス成形する第2の工程をこの順に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、重ね合わせ熱間プレス部材及びその製造方法に関し、具体的には、熱間プレス用素材を重ね合わせた後に熱間プレス成形により重ね合わせ熱間プレス部材を製造する際に、熱間プレス素材が亜鉛系めっき鋼板であっても、重ね合わせ部の内部に臨む亜鉛系めっき被膜の下の母材鋼板の表層から板厚方向の内部へ向けた母材鋼板の表面の割れが発生せず、焼入れ不良のない健全な重ね合わせ熱間プレス部材を製造する技術に関する。

自動車の車体を構成する各種の自動車部品は、静的強度や動的強度、衝突安全性さらには軽量化等の様々な観点から、多様な性能や特性の向上を要求されている。例えば、Ａピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバー等の自動車部品には、それぞれの自動車部品における特定部位だけがこの特定部位を除く一般部位よりも高強度を有することが要求される。

そこで、自動車部品における補強が必要な特定部位に相当する部分だけに複数枚の鋼板を重ね合わせて溶接した後、この鋼板を熱間プレス成形して重ね合わせ熱間プレス部材を製造する工法が、２００７年頃より実際に採用されている（特許文献１又は非特許文献１〜３参照）。この工法によれば、プレス金型数を削減しながら重ね合わせ熱間プレス部材の特定部位だけを部分的に強化できる。

重ね合わされる鋼板が非めっき鋼板であると、熱間プレス成形に伴う高温加熱によって重ね合わせ熱間プレス部材の表面に酸化スケールが生成するため、熱間プレス成形後に例えばショットブラスト処理により生成した酸化スケールを除去する必要が生じたり、あるいは製造された重ね合わせ熱間プレス部材の耐食性が低下し易いといった問題がある。

重ね合わされる鋼板がアルミニウム系めっき鋼板であれば、熱間プレス成形後の重ね合わせ熱間プレス部材にショットブラスト処理を行う必要は解消されるものの、アルミニウム系めっき被膜は、亜鉛系めっき被膜のような犠牲防食性を示さないので、アルミニウム系めっき被膜に傷が付いた場合の耐食性の低下は否めないことや、ＭＡＧ溶接が安定せず溶け落ちによる穴あきが発生し易いという問題がある。

特許公開２０１１−８８４８４号公報

J.K Larsson et.al: EXTENSIVE INTRODUCTION OF ULTRA HIGH STRENGTH STEELS SETS NEW STANDARDS FOR WELDING IN THE BODY SHOP ,Welding in the World Vol 53 5/6 p4-14 (2009) P.Nystrom et.al：The New Volvo V70 and XC70 Car Body, Proceedings of Euro Car Body 2007

本発明者らは、熱間プレス成形後にショットブラストが不要であるとともに犠牲防食作用を有する亜鉛系めっき鋼板、特に合金化溶融亜鉛めっき鋼板を重ね合わせ熱間プレス部材の素材として用いれば、上述した問題を解決できることに着目し、鋭意検討を重ねた。

本発明者らは、一枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と他の一枚の鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板又は非めっき鋼板）とからなる重ね合わせ熱間プレス部材を通常に熱間プレス成形した後に解体して、これらの鋼板の重ね合わせ部の内部を調べた結果、重ね合わせ部以外では何も問題がなかったにも関わらず、意外にも、重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板の表層から板厚方向の内部へ向けて母材鋼板の表面に微小な亀裂が生じる現象（本明細書では「表面割れ」という）が発生することを知見した。

具体的には、一枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板と他の一枚の鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板又は非めっき鋼板）とを、両者の間から亜鉛蒸気が抜けないように重ね合わせ、一枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板に１．５％程度の歪みを与えて熱間プレス成形する場合に、重ね合わせ部以外の部分では熱間プレス成形に伴う高温加熱により合金化溶融亜鉛めっき被膜から亜鉛が蒸発するために合金化溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板における表面割れは発生しないものの、重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうち１．５％以上の歪みを与えられた部分では表面割れが発生する。

さらに、この表面割れは、重ね合わせ部の外部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板では、１．５％を超える大きな歪みを与えられても、発生しない。
これまで、表面割れが、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に代表される亜鉛系めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうち１．５％以上の歪みを与えられた部分において発生することは、全く知られておらず、当然のことながらその発生原因や対策は全く知られていない。

表面割れが生じると、自動車の衝突時に破断の起点となり、部品の強度特性が低下する可能性がある。このため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材として用いる重ね合わせ熱間プレス部材を量産する際には、表面割れが発生していないことを保証する必要がある。しかし、表面割れは、重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板の表層からその板厚方向への内部の途中までの領域において発生することが多く、必ずしも母材鋼板を貫通して発生するものではない。このため、表面割れは、製造された重ね合わせ熱間プレス部材の外観を目視により検査しても発見できず、適当な非破壊検査法を用いて製造された熱間プレス部材の全数を検査する必要を生じ、製造コストの大幅な上昇は否めない。

本発明は、これまでには全く知られていない新規な課題を解決することを目的とするものであり、具体的には、少なくとも１枚の鋼板が亜鉛系めっき鋼板である複数枚の鋼板を互いに重ね合わせて熱間プレス成形することにより重ね合わせ熱間プレス部材を製造する際に、重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうち熱間プレス成形により１．５％以上の歪みを与えられる部分における表面割れの発生が防止され、焼入れ不良のない健全な重ね合わせ部を有する熱間プレス部材と、その製造方法とを提供することを目的とする。

図８は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板ＧＡを素材として通常の手法により熱間プレス成形を行って得られる熱間プレス成形部材の表層の状況を示す断面写真である。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、９００℃程度で４分間程度加熱された後にプレス成形される。この際、図８に示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表層では、熱間プレス成形前の加熱中に亜鉛が鉄亜鉛固溶相（亜鉛のうち約７０％）と酸化亜鉛（亜鉛のうち約２５％）として存在し、残りの約５％が蒸気となって蒸発するため、熱間プレス成形時には亜鉛の液相は残存せず母材鋼板の表面割れは全く発生しない。

これに対し、図９は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうち１．５％以上の歪みを与えられた部分の表層の状況を示す断面写真である。

図９に写真で示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板の部分では、亜鉛が蒸発等により消費され難いため、プレス成形前の高温加熱によって亜鉛の液相が残存し（図９における亜鉛リッチ相は亜鉛の液相の痕跡を示す）、熱間プレス成形時に亜鉛の液相が残存したままプレス成形されて１．５％以上の歪みを与えられるため、母材鋼板の結晶粒界に溶融亜鉛が侵入して結晶粒界を脆化させる液体金属脆性によって表面割れが発生すると考えられる。なお、図９に示すように、図８では確認された酸化亜鉛相は存在しない。

合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材における表面割れの対策は、これまで報告されていないものの、以下に列記の方法（ａ）〜（ｃ）が考えられる。

（ａ）プレス成形前の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の加熱時間を長くするか、あるいは加熱温度を高くすることによって、亜鉛の液相が鉄亜鉛固溶相となるように反応を促進させ、プレス成形時の亜鉛の液相を消失させることが考えられる。しかしながら、この方法では、加熱時間を長くすることによる生産性の低下や、加熱温度を上げることによるランニングコストの上昇は避けられず、適当な方策であるとは言い難い。

（ｂ）加熱炉から素材である重ね合わせ部材を抽出した後に一旦冷却し、重ね合わせ面の亜鉛の液相が凝固する温度以下に重ね合わせ部材の温度を一旦低下してから、プレス成形することが考えられる。しかしながら、重ね合わせ部材を構成する２枚の鋼板の重ね合わせ部の温度は、他の部分の表面の温度よりも高いことを見越して大幅に温度を低下する必要があり、他の部分の冷却が速いために他の部分の温度は重ね合わせ部の温度よりもよりいっそう低下し、他の部分に十分に焼きが入らなくなるおそれがある。重ね合わせ面のみを狙い、ガス冷却もしくは金型冷却した場合でも、重ね合わせ面の近傍の重ねていない鋼板の部分の温度が低下し十分焼きが入らなくなるおそれがある。

（ｃ）素材である合金化溶融亜鉛めっき鋼板を重ね合わせて溶接した後、冷間でプレス成形して冷間成形された重ね合わせ部材とし、その後にこの重ね合わせ部材を炉に装入して加熱し、冷間でのプレス成形に用いた金型と同形状の金型により焼入れのみを行うことにより、液相が残存した状態での歪みの負荷を抑制し、表面割れを防止することが考えられる。しかし、この方法を実施するには、ほぼ同一形状の金型を２つ用いる必要があり、金型のコストが大幅に嵩む。

本発明者らは、さらに検討を重ねた結果、亜鉛系めっき鋼板及び／又はこの亜鉛系めっき鋼板と重ね合わされる他の鋼板に、亜鉛系めっき鋼板の表面に１．５％以上の歪みが熱間プレス成形の際に加えられる歪み付加部と、この歪み付加部に対向する他の鋼板との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間を形成できる突出部を形成しておき、これらの鋼板を重ね合わせて上記隙間が確保された状態で炉加熱を行うことにより、重ね合わせ面に形成される隙間を介して、重ね合わせ部の内部に存在する亜鉛の液相を酸化させずに蒸気として蒸発させて亜鉛の液相を早期に減らすことができることを知見した。

図１０は、本発明による、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうち１．５％以上の歪みを与えられた部分の表層の状況を示す断面写真である。

本発明によれば、図１０に示すように、プレス成形時に亜鉛の液相が存在した痕跡である亜鉛リッチ相は存在せず、熱間プレス成形時に亜鉛の液相が存在しない状態で熱間プレス成形を行うことができるようになる。

本発明は、このような新規な知見に基づいてなされたものである。
図１は、本発明に係る重ね合わせ熱間プレス部材４の製造方法の一例を模式的に示す説明図である。本発明は、図１を参照しながら説明すると以下に列記の通りである。

（１）少なくとも、母材鋼板１ａ、及び母材鋼板１ａの少なくとも一方の表面に形成された亜鉛系めっき被膜１ｂを有する亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板１と、亜鉛系めっき被膜１ｂを介して第１の鋼板１に重ね合わされることにより第１の鋼板１との間に重ね合わせ部３を形成する第２の鋼板２とを備えるとともに、熱間プレス成形されてなる重ね合わせ熱間プレス部材４であって、亜鉛系めっき被膜１ｂのうち重ね合わせ部３の内部に臨む部分が形成された母材鋼板１ａの一部又は全部に、熱間プレス成形により１．５％以上の歪みを加えられた歪み付加部５を有すること、及び、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の一方又は双方は、歪み付加部５と歪み付加部５に対向する第２の鋼板との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間部を押圧した部位を有することを特徴とする重ね合わせ熱間プレス部材４。

（２）隙間６は、重ね合わせ部３の外部に連通する（１）項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材。

（３）重ね合わせ熱間プレス部材は、自動車の車体を構成するＡピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバーである（１）項又は（２）項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材。

（４）図１に例示するように、少なくとも、母材鋼板１ａ、及び母材鋼板１ａの少なくとも一方の表面に形成された亜鉛系めっき被膜１ｂを有する亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板１と、亜鉛系めっき被膜１ｂを介して第１の鋼板１に重ね合わされることにより第１の鋼板１との間に重ね合わせ部３を形成する第２の鋼板２とを重ね合わせて、例えば炉加熱及び成形を経て、熱間プレス成形することによって重ね合わせ部３を有する重ね合わせ熱間プレス部材４を製造する方法であって、第１の工程及び第２の工程をこの順に備えることを特徴とする重ね合わせ熱間プレス部材４の製造方法；
第１の工程：熱間プレス成形によって、亜鉛系めっき被膜１ｂのうち重ね合わせ部３の内部に臨む部分が形成された母材鋼板１ａの一部又は全部に形成される、１．５％以上の歪みを加えられる歪み付加部５と、歪み付加部５に対向する第２の鋼板２との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間６を形成する工程（隙間付与成形工程）。
第２の工程：第１の鋼板１と第２の鋼板２とを、隙間６が形成された状態で重ね合わせて熱間プレス成形する工程（熱間プレス成形工程）。

（５）隙間６は、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の少なくとも一方に、プレス成形，ロール成形又はレーザ照射のいずれかによって突出部７を形成することによって、形成される（４）項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材４の製造方法。

（６）隙間６は、第１の鋼板１と第２の鋼板２との間に金属板あるいは金属網を介在することによって、形成される（４）項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。

（７）隙間６は、重ね合わせ部３の外部に連通するように形成される（４）項から（６）項までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。

（８）熱間プレス時における第１の鋼板１又は第２の鋼板２の温度は、７８０℃以上９３０℃以下である（４）項から（７）項までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。

（９）第１の工程の後であって第２の工程の前に、第１の鋼板１と第２の鋼板２とを溶接する（４）項から（８）項までのいずれか１項に記載された熱間プレス部材の製造方法。

（１０）重ね合わせ熱間プレス部材４は、自動車の車体を構成するＡピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバーである（４）項から（９）項までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。

これらの本発明において「突出部」とは、第１の鋼板及び第２の鋼板の少なくとも一方の表面から微小な高さだけ突き出た部分であり、具体的には、プレス成形，ロール成形又はレーザ照射のいずれかによって形成される微小な高さを有する突起や、プレス成形やロール成形によって形成される微小な高さのエンボス、さらには一度所定の方向へ突出して成形したエンボスを反対方向へ潰すエンボスリストライクあるいは、コイニングが例示される。

本発明によれば、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含む複数枚の鋼板を重ね合わせて熱間プレスすることにより重ね合わせ熱間プレス部材を製造する際に、重ね合わせた鋼板の重ね合わせ部の内部における母材鋼板の表面割れの発生を防止でき、焼入れ不良のない健全な重ね合わせ熱間プレス部材を製造することができるようになる。

図１は、本発明に係る重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法の一例を模式的に示す説明図である。 図２（ａ）は、プレス成形の前後における隙間の状況を示す説明図であり、図２（ｂ）は、隙間の有無によるめっき被膜の違いの一例を示す断面写真である。 図３（ａ）〜図３（ｆ）は、突起の形成例を示す説明図である。 図４は、重ね合わせ熱間プレス部材の代表例であるＡピラーレインフォース、Ｂピラーレインフォース、フロアークロスメンバー、サイドシルレインフォースに本発明を適用した例を示す説明図である。 図５（ａ）は、本実施例で用いる重ね合わせ熱間プレス部材の横断面形状を示す説明図であり、図５（ｂ）は、隙間を付与しなかったために表面割れが発生した状況の一例を示す写真であり、図５（ｃ）は、約０．０３ｍｍの隙間を付与したために表面割れが発生しなかった状況の一例を示す写真である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施例１において隙間を付与した位置を示す説明図である。 図７は、板厚１．２ｍｍ及び１．４ｍｍの２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板のうちで板厚１．２ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板に、高さが０．４ｍｍのエンボスを形成した後に、これら２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板を重ね合わせ、スポット溶接して得られる供試材を示す説明図である。 図８は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材として通常の手法により熱間プレス成形を行って得られる熱間プレス成形部材の表層の状況を示す断面写真である。 図９は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうちプレス成形により１．５％以上の歪みを与えられた部分の表層の状況を示す断面写真である。 図１０は、本発明による、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とする重ね合わせ熱間プレス部材の重ね合わせ部の内部に臨む合金化溶融亜鉛めっき被膜の下の母材鋼板のうちプレス成形により１．５％以上の歪みを与えられた部分の表層の状況を示す断面写真である。

本発明を、添付図面を参照しながら、説明する。なお、以降の説明では、亜鉛系めっき鋼板が合金化溶融亜鉛めっき鋼板である場合を例にとるが、本発明は溶融亜鉛めっき鋼板や電気亜鉛めっき鋼板等の、合金化溶融亜鉛めっき鋼板以外の他の亜鉛系めっき鋼板についても同様に適用される。

１．本発明に係る重ね合わせ熱間プレス部材
図１に示すように、本発明に係る重ね合わせ熱間プレス部材４は、少なくとも第１の鋼板１と第２の鋼板２とを備えるとともに、熱間プレス成形されてなる重ね合わせ熱間プレス部材である。換言すると、重ね合わせ熱間プレス部材４は、少なくとも１枚の鋼板１が合金化溶融亜鉛めっき鋼板である複数枚（図１では２枚）の鋼板が重ね合わされて熱間プレス成形された部材である。図１に示す重ね合わせ熱間プレス部材４は、曲率Ｒの稜線部（曲げＲ部）５を有する略ハット型の横断面形状を有する。

第１の鋼板１は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、母材鋼板１ａと、母材鋼板１ａの少なくとも一方の表面に形成された合金化溶融亜鉛めっき被膜１ｂとを有する。合金化溶融亜鉛めっき被膜１ｂは、母材鋼板１ａの片面に形成されていてもよく、あるいは両面に形成されていてもよい。

一方、第２の鋼板２は、第１の鋼板１における合金化溶融亜鉛めっき被膜１ｂを介して第１の鋼板１に重ね合わされることにより第１の鋼板１との間に重ね合わせ部３を形成する。第２の鋼板２は、非めっき鋼板でもよいし、例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板等の亜鉛系めっき鋼板であってもよい。

第１の鋼板１における母材鋼板１ａの代表的な化学成分として、Ｃ：０．１９〜０．３２％（本明細書では特に断りがない限り化学成分に関する「％」は「質量％」を意味する）、Ｓｉ：０．０１〜０．３０％、Ｍｎ：０．９〜１．９％、Ｃｒ：０．１〜０．３％、Ｔｉ：０．０１〜０．０３％、Ｂ：０．００１〜０．００３％、任意元素：（Ｎｂ最大０．１５％、Ｂｉ最大０．１％）、残部Ｆｅ及び不純物が例示される。

合金化溶融亜鉛めっき被膜１ｂのめっき付着量は、片面当り４０〜６５ｇ／ｍ^２が例示される。
さらに、第１の鋼板１における母材鋼板１ａの板厚は、特に制限はなく、自動車の車体を構成する部材用として０．７〜２．６ｍｍ程度が例示される。

第１の鋼板１に重ね合わされる第２の鋼板２に対向する、第１の鋼板１の表面には、熱間プレス成形の際に１．５％以上の歪みが加えられる歪み付加部５が存在する。例えば、図１に例示するように、熱間プレス成形により半径Ｒ（ｍｍ）の円弧部５が板厚ｔ（ｍｍ）の第１の鋼板１に成形される場合には、歪みは概ね（ｔ／２Ｒ）×１００(％)として求められる。歪み付加部５は、求めた歪みが１．５％以上である全ての部分を意味する。

また、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の一方又は双方には、第１の鋼板１における歪み付加部５とこの歪み付加部５に対向する第２の鋼板２との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間６を形成する突出部７が設けられている。

突出部７は、上述のように、第１の鋼板１における歪み付加部５とこの歪み付加部５に対向する第２の鋼板２との間に０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の隙間６を形成できればよく、この限りにおいて、突出部７の形状、配置、形成方法、寸法等は、特段の制限を要さない。以降の説明では、突出部７が略円錐状に突き出た突起である場合を例にとる。

第１の鋼板１と第２の鋼板２との重ね合わせ部３の全てに隙間６を設ける必要はなく、隙間６は、この重ね合わせ部３のうち熱間プレス成形時に１．５％以上の歪みが付与される歪む付加部５に形成する。重ね合わせ部３のうちで歪みが１．５％未満である領域では、第１の鋼板１の表面割れは発生しないからである。図１に示す重ね合わせ熱間プレス部材４では、歪む付加部５は、略ハット型の横断面形状を構成する、曲率Ｒの稜線部（曲げＲ部）である。

図２（ａ）は、熱間プレス成形の前後における隙間６の状況を示す説明図である。
隙間６の寸法Ｇが０．０３ｍｍ未満であると、第１の鋼板１の表面割れを抑制する効果が薄れるため、隙間６の寸法Ｇは０．０３ｍｍ以上とする。一方、突起７の形成性の観点からは、隙間６の寸法Ｇは１．５ｍｍ程度までであれば、工業的にも問題なく確実に隙間６を形成することが可能であるとともに、図２（ａ）の右図に示すようにプレス成形により隙間６は完全に潰れ、第１の鋼板１や第２の鋼板２の外面に何ら悪影響を与えない。

しかし、隙間６の寸法が２ｍｍを超えると、プレス成形時に形成した突起７の変形が大きくなり、部品の寸法精度の低下や大きなしわの形成等の悪影響を与える。また、隙間６が大きくなり過ぎると、重ね合わせ部３の内部が酸化して重ね合わせ部３の耐食性が低下する。このため、隙間６の寸法は０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とする。

さらに、図１に例示する通常の工程では、隙間６は、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の溶接前に形成されるため、この溶接時の施工性も勘案すると、隙間６の好適な寸法Ｇは、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の溶接がスポット溶接やシーム溶接である場合には０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、第１の鋼板１及び第２の鋼板２の溶接がレーザ溶接やプラズマ溶接である場合には０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。

隙間６の寸法は、一定値である必要はなく、０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で部位により異なっていても構わない。
図３は、突起７の形成例を示す説明図である。なお、以降の説明における「一方の鋼板」が第１の鋼板であるとともに「他方の鋼板」が第２の鋼板であってもよいし、これとは逆に、「一方の鋼板」が第２の鋼板であるとともに「他方の鋼板」が第１の鋼板であってもよい。

図３（ａ）は、第１の鋼板及び第２の鋼板のうちの一方の鋼板８にプレスにより突起７を形成しておき、他方の鋼板９と重ね合わせて突起７の形成位置でスポット溶接を行うことにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部１０の間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

図３（ｂ）は、一方の鋼板８及び他方の鋼板９のいずれにもプレスにより突起７を形成しておき、一方の鋼板８及び他方の鋼板９を重ね合わせてそれぞれの突起９の形成位置でスポット溶接を行うことにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部１０の間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

図３（ｃ）は、一方の鋼板８にプレスにより突起７を２個形成しておき、他方の鋼板９と重ね合わせて２つの突起７の形成位置の間の位置でスポット溶接を行うことにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部１０の間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

図３（ｄ）は、一方の鋼板８にプレスにより突起７を２個形成しておき、他方の鋼板９と重ね合わせて２つの突起７の形成位置の間でレーザ溶接を行うことにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部１０に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

図３（ｅ）は、一方の鋼板８にプレスにより突起７を形成しておき、他方の鋼板９と重ね合わせて突起７の廻りを円周状にレーザ溶接することにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部１０に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

さらに、図３（ｆ）は、一方の鋼板８にレーザを照射することにより突起７を形成しておき、他方の鋼板９と重ね合わせて突起７の近傍をレーザ溶接することにより一方の鋼板８及び他方の鋼板９を溶接することによって、一方の鋼板８及び他方の鋼板９の重ね合わせ部に０．０３〜２．０ｍｍの隙間１１を形成する場合を示す。

図１に示すように、隙間６は、第１の鋼板１の歪み付加部５とこの歪み付加部５に対向する第２の鋼板２との間の重ね合わせ部３の外部に連通して形成されている。このため、熱間プレス成形の際の加熱により生成する亜鉛の液相を蒸気として、この隙間６を介して蒸発させることができ、亜鉛の液相を早期に減らすことができるため、亜鉛の液相が存在しない状態で、歪み付加部５を含む第１の鋼板にプレス成形を行うことができる。

図２（ｂ）は、隙間６の有無によるめっき被膜の違いの一例を示す断面写真である。
図２（ｂ）の左図に示すように、隙間６を形成せずに熱間プレス成形を行うと、Ｆｅ：６８質量％、Ｚｎ：３２質量％程度の鉄亜鉛固溶相とともに、亜鉛の液相の痕跡と推定されるＦｅ：２８質量％、Ｚｎ：７２質量％程度の亜鉛リッチ相も存在している。このことから、亜鉛の液相が存在する状態でプレス成形が行われたと考えられる。

これに対し、図２（ｂ）の右図に示すように、本発明にしたがって０．４ｍｍの隙間６を形成してから熱間プレス成形を行うと、上述の亜鉛リッチ相は存在せずＦｅ：６８質量％、Ｚｎ：３２質量％程度の鉄亜鉛固溶相となっている。このことから、亜鉛の液相が存在しない状態でプレス成形が行われたと考えられる。

なお、隙間６を形成することにより、レーザ溶接やプラズマ溶接で重ね合わせ部３の亜鉛めっきによる欠陥を防止する効果も奏される。すなわち、亜鉛めっきが施された鋼板を重ねて溶接する場合、鋼板間に隙間がないと重ね面の亜鉛が爆発的に蒸発し、溶融金属を吹き飛ばすことにより溶接部に穴あきが発生するが、隙間を形成すると溶融金属へ侵入する亜鉛蒸気が減少し、穴あきの欠陥を防止できる。

本発明に係る重ね合わせ熱間プレス部材４は、以上のように構成される。
重ね合わせ熱間プレス部材４としては、具体的には、自動車車体のＡピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバー等が例示される。

図４は、重ね合わせ熱間プレス部材の代表例であるＡピラーレインフォース１２，Ｂピラーレインフォース１３，フロアークロスメンバー１４，サイドシルレインフォース１５に本発明を適用した例を示す説明図である。

第１の鋼板であるＡピラーレインフォース１２は、素材１２ａの所定の３箇所に、突起７を設けた部材１６（第２の鋼板）をそれぞれ重ね合わせて溶接してから、熱間プレス成形することにより、製造される。

同様に、第１の鋼板であるＢピラーレインフォース１３，フロアークロスメンバー１４、サイドシルレインフォース１５は，素材１３ａ，１４ａ，１５ａの所定の箇所に、突起７を設けた部材１６（第２の鋼板）をそれぞれ重ね合わせて溶接してから、熱間プレス成形することにより、製造される。

２．製造方法
図１に示すように、本発明では、基本的に、少なくとも上述した第１の鋼板１及び第２の鋼板２を重ね合わせて熱間プレス成形することによって重ね合わせ部３を有する重ね合わせ熱間プレス部材４を製造する。すなわち、本発明は、少なくとも１枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板である第１の鋼板１を含む複数枚の鋼板を重ね合わせて熱間プレスすることにより、製造されるが、本発明では、以降に説明する第１の工程及び第２の工程をこの順に経る。

第１の工程として、第１の鋼板１に重ね合わされる第２の鋼板２に対向する、第１の鋼板１の表面に１．５％以上の歪みが熱間プレス成形の際に加えられる歪み付加部５に、第２の鋼板２との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間６を形成する。

この隙間６は、例えば、（Ａ）互いに溶接される前の第１の鋼板１及び第２の鋼板２の少なくとも一方に、プレス成形、ロール成形又はレーザ照射のいずれかによって突起７を形成することや、あるいは（Ｂ）第１の鋼板１と第２の鋼板２との間に０．０３〜２．０ｍｍの金属板あるいは金属網を介在させ、隙間を設けた状態で溶接することによって、形成されることが例示される。

隙間６は、第１の鋼板１と第２の鋼板２の重ね合わせ部３の外部に連通するように形成される。隙間６を介して、熱間プレス成形の際の加熱により生成する亜鉛の液相を蒸気として蒸発させて亜鉛の液相を早期に減らすことができるため、熱間プレス成形時に亜鉛の液相が存在しない状態でプレス成形を行うことができる。

次に、第２の工程として、第１の鋼板１と第２の鋼板２とを重ね合わせて重ね合わせ部３を形成してから熱間プレスする。
熱間プレス時における第１の鋼板１又は第２の鋼板２の温度は、７８０℃以上９３０℃以下であることが好ましい。９３０℃を超えると亜鉛の蒸発が激しくなり、耐食性が低下する。一方、７８０℃未満では、液相の亜鉛は凝固するため表面割れは発生しないが、焼入れ性が低下する。同様の観点から、熱間プレス時における第１の鋼板１又は第２の鋼板２の温度は、８２０℃以上９００℃以下であることがさらに好ましい。

なお、第１の工程の後であって第２の工程の前に、第１の鋼板１と第２の鋼板２とを重ね合わせて重ね溶接することが、プレス成形時における第１の鋼板１と第２の鋼板２との位置ずれを防止できるため、好ましい。重ね溶接法としては、スポット溶接，シーム溶接，レーザ溶接，さらにはプラズマ溶接が例示される。生産性や製造コストの観点からスポット溶接を用いることが好ましい。また、レーザ溶接を用いる場合には、生産性の高いリモート溶接を用いることが好ましい。

以上説明した本発明により、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板１を含む複数枚の鋼板を重ね合わせて熱間プレスすることにより重ね合わせ熱間プレス部材４を製造する際に、重ね合わせた鋼板１、２の重ね合わせ部３の内部での表面割れの発生を防止でき、焼入れ不良のない健全な重ね合わせ熱間プレス部材４を製造することが可能になる。

実施例を参照しながら、本発明をさらに具体的に説明する。
図５（ａ）は、本実施例で用いる重ね合わせ熱間プレス部材１９の横断面形状を示す説明図である。

板厚１．２ｍｍ及び１．４ｍｍの２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８（いずれもめっき付着量５０〜５５ｇ／ｍ^２、化学成分（Ｃ：０．２１％，Ｓｉ：０．０３％，Ｍｎ：１．１％，Ｐ：０．０１％，Ｓ：０．００８％，Ｃｒ：０．２％，Ｔｉ：０．０２％，Ｂ：０．００２％，残部Ｆｅおよび不純物）を重ね合わせた後にスポット溶接により接合したものを供試材とし、この供試材を９００℃に加熱したガス炉に６分間装入して加熱した後にガス炉から取り出して、約８５０℃で水冷金型を用いて熱間プレス成形することにより、図５（ａ）に示す稜線部１９ａを有するハット型の横断面形状の重ね合わせ熱間プレス部材１９を製造した。

ここで、重ね合わせ熱間プレス部材１９の稜線部１９ａにおける内側の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の内半径は５ｍｍであり、熱間プレス成形により合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の稜線部１９ａの外表面に与えられる歪みは１２．０％である。すなわち、本実施例では、内側の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の稜線部１９ａ（曲げＲ部）の外面が、本発明における歪み付加部に相当する。

この際、重ね合わせる前の２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の一方又は双方における稜線部（曲げＲ部）１９ａとなる位置の近傍に、プレス成形やレーザ照射によって、重ね合わせ部の内部側へ向けて突出した突起を形成してから２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８を重ね合わせたもの（本発明例及び比較例）と、２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８にプレス成形やレーザ照射を行わずにそのまま重ね合わせたもの（従来例）を作成した。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施例における隙間付与位置の態様を示す説明図である。
本実施例では、図６（ａ）に示すように隙間付与位置が曲げＲ部を含む場合と、図６（ｂ）に示すように隙間付与位置が、本発明における歪み付加部である曲げＲ部を含まない場合とを確認した。

その後、重ね合わせ熱間プレス部材１９における２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７、１８の溶接部を破壊することにより重ね合わせ熱間プレス部材１９を解体し、重ね合わせ部の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の稜線部１９ａにおける外面の表面割れの有無を確認した。

表１には、本発明例、比較例及び従来例それぞれについて、図３（ａ）〜図３（ｆ）に示す隙間付与方法により隙間を付与した場合をａ〜ｆとして示すとともに、隙間の寸法、隙間の付与位置、重ね合わせ部における合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の外面における表面割れの有無をまとめて示す。

図５（ｂ）は、隙間を付与しなかったために表面割れが発生した状況の一例を示す写真であり、図５（ｃ）は、約０．０３ｍｍの微小な隙間を付与したために表面割れが発生しなかった状況の一例を示す写真である。

表１に示すように、２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の重ね合わせ部に隙間を設けなかった場合（従来例）には、図５（ｂ）に示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の曲げＲ部における外面に表面割れが発生しており、この外面の表面を拡大して観察するとＺｎ富化された相と鉄亜鉛固溶相とが認められた。

また、重ね合わせる前の２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の一方又は双方における曲げＲ部となる位置の近傍に、プレス成形やレーザ照射によって、重ね合わせ部の内部側へ向けて突出した突起を設けてから２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８を重ね合わせたものの、２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の重ね合わせ面であって歪み付加部を含む位置には０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の隙間が形成されなかった場合（比較例１、２）には、上述した従来例と同様に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７の曲げＲ部における外面に表面割れが発生しており、この外面を拡大して観察するとＺｎ富化された相と鉄亜鉛固溶相とが認められた。

これに対し、重ね合わせる前の２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の一方又は双方における曲げＲ部となる位置の近傍に、プレス成形やレーザ照射によって、重ね合わせ部の内部側へ向けて突出した突起を設けてから２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８を重ね合わせることによって、２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７，１８の重ね合わせ面であって歪み付加部を含む位置に、０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の隙間を形成した場合（本発明例１〜９）には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１７、１８の曲げＲ部における外面に表面割れは発生しなかった。図５（ｃ）に示すように、この外側の表面を拡大して観察したところ、Ｚｎ富化された相が観察されず、若干薄くなった鉄亜鉛固溶相が認められた。

図７は、板厚１．２ｍｍ及び１．４ｍｍの２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板２０，２１（いずれもめっき付着量５０〜５５ｇ／ｍ^２）のうちで板厚１．２ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板２０に、高さが０．４ｍｍのエンボス２２を形成した後に、これら２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板２０，２１を重ね合わせ、スポット溶接して得られる供試材を示す説明図である。

この供試材を、ガス炉に４分間装入して加熱した後にガス炉から取り出して、曲率（Ｒ）を替えた複数種の水冷金型を用いて熱間プレス成形することにより、重ね合わせ面の歪み量（＝ｔ１／２Ｒ×１００(％)）が異なる複数種のハット型の横断面形状の重ね合わせ熱間プレス部材を製造した。その後に、実施例１と同様に表面割れの有無を確認した。

ここで、熱間プレス成形時の鋼板の温度、隙間の寸法、重ね合わせ面の歪み、表面割れの有無等を表２にまとめて示す。

本発明例１〜５は、本発明で規定する条件を全て満足する例であり、熱間プレス成形時の温度７８０〜９３０℃、隙間の寸法０．４ｍｍ、重ね合わせ面の歪み１．５〜２０％で表面割れなく、かつ過大な亜鉛蒸発や焼入れ不良なく、成形できることが確認された。

従来例１〜３は、いずれも、隙間を設けずに熱間プレス成形を行ったため、表面割れが発生した。
比較例１は、成形時の鋼板の温度が６９０℃と低過ぎたために焼入れ不良が発生した。

さらに、比較例２は、成形時の鋼板の温度が９５０℃と高過ぎたためにＺｎの蒸発が著しく、重ね合わせ熱間プレス部材の耐食性が不芳であった。

１ 第１の鋼板
１ａ 母材鋼板
１ｂ 合金化溶融亜鉛めっき被膜
２ 第２の鋼板
３ 重ね合わせ部
４ 熱間プレス部材
５ 歪み付加部
６ 隙間
７ 突出部（突き出た部分）、突起
８ 一方の鋼板
９ 他方の鋼板
１０ 重ね合わせ部
１１ 隙間
１２ Ａピラーレインフォース
１２ａ 素材
１３ Ｂピラーレインフォース
１３ａ 素材
１４ フロアークロスメンバー
１４ａ 素材
１５ サイドシルレインフォース
１５ａ 素材
１６ 突起を設けた部材
１７、１８ 合金化溶融亜鉛めっき鋼板
１９ 重ね合わせ熱間プレス部材
１９ａ 稜線部
２０、２１ 合金化溶融亜鉛めっき鋼板
２２ エンボス

Claims (10)

1. 少なくとも、母材鋼板、及び該母材鋼板の少なくとも一方の表面に形成された亜鉛系めっき被膜を有する亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板と、前記亜鉛系めっき被膜を介して前記第１の鋼板に重ね合わされることにより該第１の鋼板との間に重ね合わせ部を形成する第２の鋼板とを備えるとともに、熱間プレス成形されてなる重ね合わせ熱間プレス部材であって、
   前記亜鉛系めっき被膜のうち前記重ね合わせ部の内部に臨む部分が形成された前記母材鋼板の一部又は全部に、前記熱間プレス成形により１．５％以上の歪みを加えられた歪み付加部を有すること、及び
   前記第１の鋼板及び前記第２の鋼板の一方又は双方は、前記歪み付加部と該歪み付加部に対向する該第２の鋼板との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間を形成する突出部が押圧された押圧部を有すること
   を特徴とする重ね合わせ熱間プレス部材。
2. 前記隙間は、前記重ね合わせ部の外部に連通する請求項１に記載された重ね合わせ熱間プレス部材。
3. 前記重ね合わせ熱間プレス部材は、自動車の車体を構成するＡピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバーである請求項１又は請求項２に記載された重ね合わせ熱間プレス部材。
4. 少なくとも、母材鋼板、及び該母材鋼板の少なくとも一方の表面に形成された亜鉛系めっき被膜を有する亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板と、前記亜鉛系めっき被膜を介して前記第１の鋼板に重ね合わされることにより該第１の鋼板との間に重ね合わせ部を形成する第２の鋼板とを重ね合わせて熱間プレス成形することによって重ね合わせ部を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材を製造する方法であって、下記第１の工程及び第２の工程をこの順に備えることを特徴とする重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法；
   第１の工程：前記熱間プレス成形によって、前記亜鉛系めっき被膜のうち前記重ね合わせ部の内部に臨む部分が形成された前記母材鋼板の一部又は全部に形成された、１．５％以上の歪みを加えられる歪み付加部と、該歪み付加部に対向する前記第２の鋼板との間に０．０３〜２．０ｍｍの隙間を形成する工程。
   第２の工程：前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを、前記隙間が形成された状態で重ね合わせて熱間プレス成形する工程。
5. 前記隙間は、前記第１の鋼板及び前記第２の鋼板の少なくとも一方に、プレス成形，ロール成形又はレーザ照射のいずれかによって突出部を形成することによって、形成される請求項４に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。
6. 前記隙間は、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板との間に金属板あるいは金属網を介在することによって、形成される請求項４に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。
7. 前記隙間は、前記重ね合わせ部の外部に連通するように形成される請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。
8. 前記熱間プレス時における前記第１の鋼板又は前記第２の鋼板の温度は、７８０℃以上９３０℃以下である請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。
9. 前記第１の工程の後であって前記第２の工程の前に、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを溶接する請求項４から請求項８までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。
10. 前記重ね合わせ熱間プレス部材は、自動車の車体を構成するＡピラーレインフォース，Ｂピラーレインフォース，バンパーレインフォース，トンネルリンフォース，サイドシルレインフォース，ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバーである請求項４から請求項９までのいずれか１項に記載された重ね合わせ熱間プレス部材の製造方法。