JP2020171935A

JP2020171935A - プレス成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2020171935A
Application number: JP2019074180A
Authority: JP
Inventors: 方紀岡崎; Masanori Okazaki; 康剛鈴木; Yasutaka Suzuki; 太一清水; Taichi Shimizu; 忠士岩沼; Tadashi Iwanuma
Original assignee: Toa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-22

Abstract

【課題】引張強度が１．８Ｇｐａ以上という超高強度鋼板に締結部材を抵抗溶接する際に、溶接部の遅れ破壊を防止する。【解決手段】鋼板１を熱間プレスすることにより、鋼板１を引張強度が１．８ＧＰａ以上となるように強化する。熱間プレスされた鋼板１の締結部材４を溶接すべきリング状の領域７に低エネルギー密度のレーザービーム８を照射することによりレーザーアニールを行う。このレーザーアニールにより、領域７の引張強度を低下させる。その後、レーザーアニールが施された領域に締結部材４を抵抗溶接する。【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、特に熱間プレスを用いたプレス成形品の製造方法に関する。

一般に、熱間プレスとは鋼板をオーステナイト変態温度以上の温度に加熱し、これを上下方向に対向して配置された２つの金型の間に挟んで押圧し、プレス成形すると同時に金型による急冷により鋼板の金属組織をオーステナイトからマルテンサイトに変態せしめることで、鋼板の焼入れ強化を行うものである。

特許文献１には、熱間プレスされた鋼板に、溶接脚を備えた締結部材をばらつくこと無く直接固定することを目的として、鋼板の締結部材が固定される被固定部を加熱処理し、被固定部の硬度を所定の値に低下させる焼鈍工程を有する締結部材の固定方法が記載されている。

特開２０１０−２４２７７２号公報

近年では、自動車の安全性を向上させるために、車体側部構造におけるセンターピラー等について、引張強度が１．８Ｇｐａ以上という超高強度鋼板を採用することが検討されている。しかしながら、このような超高強度鋼板においては、該鋼板に締結部材を抵抗溶接すると、溶接部に遅れ破壊が発生するという問題があった。

この点について、特許文献１に記載された発明では、溶接脚を備えた締結部材をばらつくこと無く直接固定することを目的としており、超高強度鋼板における溶接部の遅れ破壊の発生という課題は想定されていない。

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、鋼板を熱間プレスすることにより、該鋼板を引張強度が１．８ＧＰａ以上となるように強化する工程と、熱間プレスされた前記鋼板の締結部材を溶接すべき領域にレーザーアニールを施すことにより該領域の引張強度を低下させる工程と、レーザーアニールが施された前記領域に締結部材を抵抗溶接する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、引張強度が１．８Ｇｐａ以上という超高強度鋼板に締結部材を抵抗溶接する際に、溶接部の遅れ破壊を防止することができる。

本発明の第１の実施形態におけるプレス成形品の製造工程を示す図である。第１の実施形態におけるレーザービーム照射による貫通孔形成工程及びレーザーアニール工程を説明する断面図である。第１の実施形態におけるレーザーアニール領域を示す平面図である。第１の実施形態における締結部材の抵抗溶接工程を示す断面図である。本発明の第２の実施形態におけるプレス成形品の製造工程を示す図である。第２の実施形態におけるレーザービーム照射による貫通孔形成工程及びレーザーアニール工程を説明する断面図である。第２の実施形態におけるレーザーアニール領域を示す平面図である。第２の実施形態における締結部材の抵抗溶接工程を示す断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態におけるプレス成形品の製造方法を図１乃至図４に基づいて説明する。

先ず、熱間プレス用素材からなる鋼板１を準備する。熱間プレスにより引張強度が１．８Ｇｐａ以上という超高強度鋼板を形成するために、鋼板１は所定の高炭素濃度（例えば、炭素含有率：約０．３５質量％）を有している。

そして、この鋼板１を熱間プレスする。すなわち、鋼板１を加熱炉２でオーステナイト変態温度（Ａｃ３）以上の温度に加熱する。オーステナイト変態温度（Ａｃ３）は鋼板１の炭素濃度等によって異なるが、例えば８７０℃である。次に、加熱された鋼板１をプレス装置３の下金型と上金型の間に挟んでプレス成形すると同時に、フェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度からマルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ）以下の温度まで急冷する。

この場合、加熱温度や急冷速度等を制御することにより、鋼板１にはマルテンサイト変態が生じ、かつその引張強度が、１．８ＧＰａ（１８００Ｍｐａ）以上という超高強度鋼板を形成することができる。

次に、熱間プレスが施された、プレス成形品である鋼板１をプレス装置３から取り出し、締結部材４を溶接すべき領域にレーザーアニールを施すことにより該領域の引張強度を低下させる。レーザーアニールが施された領域に締結部材４を抵抗溶接する。このレーザーアニール工程は、レーザービーム照射による一種の焼鈍工程である。

以下、レーザーアニール工程と抵抗溶接工程について、図２乃至図４に基づいて詳しく説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、レーザーアニールに先立ち、高エネルギー密度のレーザービーム５を鋼板１に照射して貫通孔６を形成する。この貫通孔６はボルト等が挿通する孔である。

次に、図２（ｂ）、図３に示すように、貫通孔６の周囲であって、締結部材４を溶接すべきリング状の領域７に低エネルギー密度のレーザービーム８を照射することによりレーザーアニールを行う。このレーザーアニールにより、領域７の強度（引張強度）を１．２ＧＰa以下に焼鈍する。

この場合、レーザービーム５，８の照射工程は、レーザー加工装置を用いて行われる。レーザー加工装置は周知であるが、例えばレーザー加工ヘッドに光ファイバーを介してレーザー発振器が接続され、レーザー発振器によって発生されたレーザービームが集光レンズを介してレーザー加工ヘッドから出力されるようになっている。そして、集光レンズの焦点位置によりレーザービームの照射領域の大きさを調節することで、レーザービームのエネルギー密度（単位面積あたりの照射エネルギー）を制御することができるようになっている。

次に、図４に示すように、締結部材４の底面側に設けられた溶接突起部４ａを鋼板１のレーザーアニールされた領域７に接触させ、その接触状態で抵抗溶接を行う。この抵抗溶接は、溶接突起部４ａを介して抵抗溶接部に大電流を流し、大電流による抵抗熱によって抵抗溶接部を加熱しながら、これに圧力を加えて溶接を行うものである。

一般に材料強度が１．５ＧＰaより大きく、かつ残留応力や鋼板内部へ侵入した水素の量が大きい場合、遅れ破壊が発生する。レーザーアニールされた領域７の強度は１．２ＧＰａ以下になっていることから、遅れ破壊が防止される。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態におけるプレス成形品の製造方法を図５乃至図８に基づいて説明する。

先ず、熱間プレス用素材からなる本体鋼板１１及び補強鋼板１２を準備する。本体鋼板１１は特に限定されないが、補強鋼板１２については、熱間プレスにより引張強度が１．８Ｇｐａ以上という超高強度鋼板を形成するために、所定の高炭素濃度（例えば、炭素含有率：約０．３５質量％）を有している。

そして、本体鋼板１１に補強鋼板１２を重ね合わせる。補強鋼板１２は本体鋼板１１の主面領域に完全に含まれている。そして、補強鋼板１２は本体鋼板１１にスポット溶接により、スポット溶接部１３において接合され、重ね合わせブランク３０が形成される。

そして、この重ね合わせブランク３０を第１の実施形態と同様に熱間プレスする。すなわち、重ね合わせブランク３０を加熱炉１４でオーステナイト変態温度（Ａｃ３）以上の温度に加熱する。次に、加熱された重ね合わせブランク３０をプレス装置１５の下金型と上金型の間に挟んでプレス成形すると同時に、フェライト変態開始温度（Ａｒ３）より高い温度からマルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ）以下の温度まで急冷する。この場合、加熱温度や急冷速度等を制御することにより、重ね合わせブランク３０にはマルテンサイト変態が生じる。

これにより、補強鋼板１２については、引張強度を１．８ＧＰａ（１８００Ｍｐａ）以上にすることができる。本体鋼板１１については、炭素含有量を０．２質量％と低くすることにより、引張強度を１．５ＧＰａ（１５００Ｍｐａ）とすることができる。

次に、熱間プレスが施された、プレス成形品である重ね合わせブランク３０をプレス装置１５から取り出し、締結部材１６を溶接すべき補強鋼板１２の領域にレーザーアニールを施すことにより該領域の引張強度を低下させ、レーザーアニールが施された領域に締結部材１６を抵抗溶接する。

以下、レーザーアニール工程と抵抗溶接工程について、図６乃至図８に基づいて詳しく説明する。先ず、図６（ａ）に示すように、レーザーアニールに先立ち、高エネルギー密度のレーザービーム１７を本体鋼板１１及び補強鋼板１２に照射して貫通孔１８を形成する。

次に、図６（ｂ）、図７に示すように、貫通孔１８の周囲であって、締結部材４を溶接すべき、補強鋼板１２のリング状の領域１９に低エネルギー密度のレーザービーム２０を照射することによりレーザーアニールを行う。このレーザーアニールにより、領域１９の強度（引張強度）を低下させる。

次に、図８に示すように、締結部材１６の底面側に設けられた溶接突起部１６ａを鋼板１のレーザーアニールされた領域１９に接触させ、その接触状態で抵抗溶接を行う。レーザーアニールされた領域１９の強度は１．２ＧＰａ以下まで低くなっていることから、遅れ破壊を防止することができる。

このように、第２の実施形態の製造方法によれば、１．８ＧＰａ以上の引張強度の補強鋼板１２を重ね合わせたことにより本体鋼板１１の強度を局部的に高くすることができることに加えて、締結部材１６を抵抗溶接する際に、溶接部の遅れ破壊を防止することができる。

また、第２の実施形態の製造方法は、例えば、自動車の車体側部の上下方向に設けられるセンターピラーに好適に適用することができる。センターピラーというのは、ピラーアウターパネルとピラーインナーパネルの間にピラーレインフォースメントを備えて構成される自動車部品である。ピラーレインフォースメントは乗員の胸部に対応する高さに対応する領域の強度を局部的に高くしている。このピラーレインフォースメンとして、上述の重ね合わせブランク３０からなるプレス成形品を用いることができる。

１鋼板
２加熱炉
３プレス装置
４締結部材
４ａ溶接突起部
５高エネルギー密度のレーザービーム
６貫通孔
７領域
８低エネルギー密度のレーザービーム
１１本体鋼板
１２補強鋼板
１３スポット溶接部
１４加熱炉
１５プレス装置
１６締結部材
１６ａ溶接突起部
１７高エネルギー密度のレーザービーム
１８貫通孔
１９領域
２０低エネルギー密度のレーザービーム
３０重ね合わせブランク

Claims

鋼板を熱間プレスすることにより、該鋼板を引張強度が１．８ＧＰａ以上となるように強化する工程と、
熱間プレスされた前記鋼板の締結部材を溶接すべき領域にレーザーアニールを施すことにより該領域の引張強度を低下させる工程と、
レーザーアニールが施された前記領域に締結部材を抵抗溶接する工程と、を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。
本体鋼板と補強鋼板との重ね合わせ部を溶接することにより、前記本体鋼板と前記補強鋼板を接合して重ね合わせブランクを形成する工程と、
前記重ね合わせブランクを熱間プレスすることにより、少なくとも前記補強鋼板を引張強度が１．８ＧＰａ以上となるように強化する工程と、
熱間プレスされた前記重ね合わせブランクの補強鋼板の締結部材を溶接すべき領域にレーザーアニールを施すことにより、該領域の引張強度を低下させる工程と、
レーザーアニールが施された前記領域に締結部材を抵抗溶接する工程と、を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。