JP2019013936A - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐食性に優れ、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品を少ない工数で製造する。【解決手段】アルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板１の全体を加熱炉によりオーステナイト域の温度に加熱し、鋼板１の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、鋼板１の表面にＦｅ−Ａｌ合金層２を形成する。Ｆｅ−Ａｌ合金層２が形成された鋼板１を加熱炉から取り出し、鋼板１の第１の領域Ｒ１を耐熱保温材３で保温しつつ、鋼板１の第２の領域Ｒ２を自然冷却する。そして、第２の領域Ｒ２の温度がフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くなった時に、鋼板１を熱間プレスすることによりプレス成形品を形成する。これにより、プレス成形品６第１の領域Ｒ１に対応する部分の引張強度を第２の領域Ｒ２に対応する部分の引張強度より大きくしている。【選択図】図２

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、特に領域により異なる引張強度を有したプレス成形品の製造方法に関する。
従来より、車両構造において、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品が用いられている。例えば、センターピラーの上部では引張強度を大きくし、下部では引張強度を小さくすることで車両衝突時におけるセンターピラーの変形を制御し、センターピラーによる乗員への干渉を防止している。
特許文献１には、熱間プレス（ホットスタンプ）した鋼板と、冷間プレスした鋼板とを溶接することにより、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品を製造する方法、また、炭素含有量の異なる二枚の鋼板を部分的に重ね合わせて溶接し、これを熱間プレスすることにより、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品を製造する方法が記載されている。
特許文献２には、熱間プレス成形に伴う高温加熱によるスケールの生成を抑制し、耐食性を向上させるために、アルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板を用いることが記載されている。
特開２０１４−１９３７１２号公報 特開２０１６−１２４０２９号公報
特許文献１に記載のプレス成形品の製造方法に、特許文献２に記載のアルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板を適用すれば、高温加熱時に鋼板の表面にＦｅ−Ａｌ合金層が形成され、耐食性に優れ、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品が得られることになる。
しかしながら、この製造方法によれば、二枚の鋼板と、それらを溶接する工程が必要であり、工数が多いという問題があった。
上述した課題に鑑み、本発明のプレス成形品の製造方法は、アルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板の全体をオーステナイト域の温度に加熱し、前記鋼板の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、前記アルミニウム系めっき皮膜を合金化してＦｅ−Ａｌ合金層を形成する工程と、前記Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成された前記鋼板の第１の領域を耐熱保温材で保温しつつ、前記鋼板の第２の領域を自然冷却する工程と、前記鋼板の第２の領域の温度がフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くなった時に、前記鋼板を熱間プレスすることによりプレス成形品を形成する工程と、を備え、前記プレス成形品の第１の領域に対応する部分の引張強度を第２の領域に対応する部分の引張強度より大きくしたことを特徴とする。
本発明によれば、耐食性に優れ、領域により異なる引張強度を有したプレス成形品を一枚の鋼板で、溶接することなく製造することができる。
加熱後の鋼板の断面図である。 耐熱保温材、鋼板の斜視図である。 耐熱保温材、鋼板の断面図である 鋼板の温度変化を示す図である。 熱間プレスを示す断面図である。 プレス成形品の斜視図である。
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。先ず、アルミニウム系めっき皮膜を表面及び裏面の全面に有する鋼板１の全体を加熱炉によりオーステナイト域の温度Ｔ０に加熱し、鋼板１の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、図１に示すように、アルミニウム系めっき皮膜中のＡｌと鋼板１中のＦｅの合金化により、鋼板１の表面及び裏面の全面に耐食性に優れたＦｅ−Ａｌ合金層２を形成する。
オーステナイト域の温度Ｔ０は、鋼板１の炭素含有量により異なるが、例えば、９００℃前後である。また、アルミニウム系めっき皮膜は、例えば、Ｓｉを１０％含有するアルミめっき皮膜である。
前記加熱工程において、鋼板１の加熱量を適切に制御することにより、５層構造を有するＦｅ−Ａｌ合金層２を得ることが、その後の良好な溶接性を得る上で好ましい。この５層構造は、一般に、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ状態図等から、表面から１，３層目は、Ｆｅ２Ａｌ５、２層目は、Ｆｅ２Ａｌ５，ＦｅＡｌ，Ｆｅ３Ｓｉ２Ａｌ３の混層、４層目は、ＦｅＡｌ、５層目は、Ａｌ固溶フェライトであると考えられている。５層構造については、「溶接学会誌 第７８巻（２００９年）第６号 第２３頁〜第３０頁」に記載されている。
続いて、図２及び図３に示すように、鋼板１は、長手方向に沿って第１の領域Ｒ１と残りの第２の領域Ｒ２に区分されており、Ｆｅ−Ａｌ合金層２が形成された鋼板１を加熱炉から取り出す。そして、鋼板１の第１の領域Ｒ１に耐熱保温材３を配置して保温しつつ、鋼板１の第２の領域Ｒ２については耐熱保温材３から露出させ、常温大気中で自然冷却する。耐熱保温材３は耐熱性、及び保温性に優れたグラスウール材であることが好ましい。
この例では、耐熱保温材３は鋼板１の第１の領域Ｒ１の表面及び裏面を覆って配置されているが、耐熱保温材３を袋状に形成し、鋼板１の第１の領域Ｒ１の端面を含む全体を覆うことで保温性を高めることができる。
すると、図４に示すように、第１の領域Ｒ１の温度は、保温効果によりオーステナイト域の温度Ｔ０（例えば、９００℃〜９５０℃）に保たれる一方、第２の領域Ｒ２の温度は保温効果がないためにオーステナイト域の温度Ｔ０から徐々に低下していく。そして、第２の領域Ｒ２の温度がフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くなった時（図４の時刻ｔ１）、鋼板１を熱間プレスすることによりプレス成形品を形成する。
図５は、この熱間プレスの一例を示す断面図である。図示のように、凹部４ａを有する下金型４の上方に対向して凹部４ａに嵌合する凸部５ａを有する上金型５を備えた熱間プレス装置を準備する。そして、図５（ａ）に示すように、鋼板１を下金型４にセットし、駆動装置により上金型５を下動させることで、図５（ｂ）に示すように、鋼板１を下金型４と上金型５の間に挟み、鋼板１の急冷とプレス成形を同時に行う。
この時、鋼板１の第１及び第２の領域Ｒ１，Ｒ２は、図４の温度Ｔ１（例えば、２００℃）に急冷されるが、第１の領域Ｒ１については、高温のオーステナイト域の温度Ｔ０から急冷されるので、マルテンサイト変態が生じ、焼き入れが行われる。その一方、第２の領域Ｒ２については、フェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低い温度から急冷されるので、マルテンサイト変態は生じず、焼き入れされない。
その後、金型を開放して、図６に示すプレス成形品６を取り出す。このような熱間プレスの結果、プレス成形品６の第１の領域Ｒ１に対応する部分の引張強度は、例えば１５００ＭＰａであり、第２の領域Ｒ２に対応する部分の引張強度は、例えば５９０ＭＰａ前後に調整することが可能となる。
また、アルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板１を素材として用いていることから、高温加熱時にＦｅ−Ａｌ合金層２が形成され、スケールの生成を抑制し、耐食性を向上させることができる。
このように、この実施形態によれば、鋼板１の全体を均一に高温加熱した後に、耐熱保温材３により、鋼板１の第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２の間に温度差を設け、その温度差を利用して、第１の領域Ｒ１だけを選択的に焼き入れ強化するというものである。これに対して、高温加熱時に第１の領域Ｒ１だけをオーステナイト域の温度に加熱して第２の領域Ｒ２との温度差を設けることも考えられる。しかし、この方法では第２の領域Ｒ２が加熱不足となり、Ｆｅ−Ａｌ合金層２の形成が不良となり、耐食性が悪くなるおそれがある。
なお、本実施形態においては、鋼板１は、長手方向に沿って第１の領域Ｒ１と残りの第２の領域Ｒ２に区分されているが、鋼板１は、任意の領域に区分することができる。例えば、鋼板１の中間領域を第１の領域Ｒ１に設定し、第１の領域Ｒ１の両側を第２の領域Ｒ２に設定してもよい。この場合でも、鋼板１の第１の領域Ｒ１に耐熱保温材３を配置して保温しつつ、鋼板１の第２の領域Ｒ２については耐熱保温材３から露出させ、常温大気中で自然冷却する点は同じである。また、鋼板１を３つ以上の領域に区分して、引張強度を高くすることが必要な領域を耐熱保温材３で保温してもよい。
１ 鋼板
２ Ａｌ−Ｆｅ合金層
３ 耐熱保温材
４ 下金型
５ 上金型
６ プレス成形品
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域

Claims (2)

  1. アルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板の全体をオーステナイト域の温度に加熱し、前記鋼板の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、前記アルミニウム系めっき皮膜を合金化してＦｅ−Ａｌ合金層を形成する工程と、
    前記Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成された前記鋼板の第１の領域を耐熱保温材で保温しつつ、前記鋼板の第２の領域を自然冷却する工程と、
    前記鋼板の第２の領域の温度がフェライト変態開始温度（Ａｒ３）より低くなった時に、前記鋼板を熱間プレスすることによりプレス成形品を形成する工程と、を備え、前記プレス成形品の第１の領域に対応する部分の引張強度を第２の領域に対応する部分の引張強度より大きくしたことを特徴とするプレス成形品の製造方法。
  2. 前記耐熱保温材は、グラスウール材であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
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