JP2021094571A - 鋼部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス加工によってパッチワーク材から鋼部品を製造する際、溶融亜鉛脆性割れの発生を抑制する。【解決手段】鋼製品（１００）の製造方法は、鋼板（５１）と、鋼板（５１）に重ね合わされ、鋼板（５１）と連続溶接によって接合された鋼板（５２）とを含む素材（５０）を準備する工程と、鋼板（５１）と鋼板（５２）との連続溶接部（６０）が曲げ領域（Ａｂ１，Ａｂ２）内に位置付けられるように、加熱された素材（５０）をプレス加工して鋼部品（１００）を成形する工程と、を備える。鋼板（５１，５２）は、それぞれ、亜鉛系めっき層で被覆されている。鋼板（５１）の鋼板（５２）との重ね合わせ面（５１１）における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、鋼板（５２）の鋼板（５１）との重ね合わせ面（５２１）における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量は、７５．０ｇ／ｍ２以下である。【選択図】図３Ｃ

Description

本開示は、曲げ領域を有する鋼部品、及び当該鋼部品の製造方法に関する。

近年、自動車業界では、燃費の向上を目的とした車体の軽量化、及び車体の衝突安全性の向上が求められている。これらの要求を満たすため、自動車の車体を構成する各種部品について、高強度鋼板の適用による薄肉化や、差厚鋼板の適用による板厚の最適化等が検討されている。差厚鋼板は、例えば、複数の鋼板を重ね合わせて溶接することにより、その一部分が厚肉化されたパッチワーク材である。このパッチワーク材を熱間プレス加工することにより、特定部分が高強度となった鋼部品を成形することができる。

パッチワーク材は、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板や、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等といった亜鉛系めっき層を有する鋼板で構成される。パッチワーク材が亜鉛系めっき層で被覆されている場合、めっき層で被覆されていない場合と比較して、プレス加工時の高温加熱による酸化スケールの生成を抑制することができる。そのため、プレス加工後の鋼部品に対し、酸化スケールを除去するためのショットブラスト処理を行う必要がない。

一方、亜鉛系めっき層で被覆されたパッチワーク材を用いてプレス加工を行った場合、鋼板同士の重ね合わせ面において溶融亜鉛脆性割れ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌ Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ（ＬＭＥ））が生じることがある。ＬＭＥは、パッチワーク材を構成する鋼板の母材の結晶粒界に液化した亜鉛が侵入し、その状態で鋼板に張力が与えられることにより、パッチワーク材から成形される鋼部品の表面に亀裂が生じる現象である。すなわち、ＬＭＥは、液体亜鉛の存在と、プレス加工時における張力とが要因となって発生する。ＬＭＥによって生じた鋼部品の表面の微亀裂は、衝突時における部品特性を低下させるおそれがある。

ＬＭＥの発生を抑制するため、特許文献１では、自動車用鋼部品の成形に使用されるパッチワーク材において、複数の亜鉛系めっき鋼板の間に隙間を設ける技術が提案されている。特許文献１では、例えば、めっき付着量が５０〜５５ｇ／ｍ^２である２枚の合金化溶融亜鉛めっき鋼板がスポット溶接により接合されて、パッチワーク材が形成される。このパッチワーク材のうち熱間プレス加工時に１．５％以上のひずみが生じる部分では、鋼板間に０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の隙間が形成される。特許文献１によれば、プレス加工の際の加熱により、鋼板間の隙間を介して液体亜鉛が蒸発し、液体亜鉛を早期に減らすことができるため、液体亜鉛が存在しない状態でプレス加工を行うことができる。

特許文献２でも、自動車用鋼部品の成形に使用されるパッチワーク材に関する技術が提案されている。特許文献２のパッチワーク材は、例えば、亜鉛ニッケル合金めっき鋼板同士を重ね合わせ、スポット溶接で接合することにより形成される。特許文献２には、亜鉛ニッケル合金めっき鋼板同士の重ね合わせ面におけるめっき付着量を０ｇ／ｍ^２としたパッチワーク材に対し、熱間プレス加工を施した実施例が開示されている。

特開２０１３−１８４２２１号公報 特開２０１７−２９９８７号公報

特許文献２によれば、熱間プレス加工に供されるパッチワーク材において、鋼板同士の重ね合わせ面のめっき付着量が多いほど表面割れ（ＬＭＥによる亀裂）が激しくなる。特許文献２には、鋼板同士の重ね合わせ面のめっき付着量を０ｇ／ｍ^２以上１０ｇ／ｍ^２未満とすることでＬＭＥによる亀裂を防止することができると記載されている。しかしながら、特許文献２は、ＬＭＥによる亀裂の防止に関し、亜鉛ニッケル合金めっき鋼板同士の重ね合わせ面でのめっき付着量を０ｇ／ｍ^２とした実施例を示すのみである。この実施例では、亜鉛ニッケル合金めっき鋼板同士の重ね合わせ面に液体亜鉛が存在しないため、当然ながら、熱間プレス加工時にＬＭＥは発生しない。この特許文献２からは、熱間プレス加工によってパッチワーク材から鋼部品を製造するに際し、鋼板同士の重ね合わせ面に亜鉛系めっき層が存在する場合、ＬＭＥの発生を抑制できるか否かは定かではない。

本開示は、熱間プレス加工によってパッチワーク材から鋼部品を製造する際、溶融亜鉛脆性割れの発生を抑制することを課題とする。

本開示に係る製造方法は、曲げ領域を有する鋼部品の製造方法である。この製造方法は、第１鋼板と、第１鋼板に重ね合わされ、第１鋼板と連続溶接によって接合された第２鋼板とを含む素材を準備する工程と、第１鋼板と第２鋼板との連続溶接部が曲げ領域に位置付けられるように、加熱された素材をプレス加工して鋼部品を成形する工程と、を備える。第１鋼板及び第２鋼板は、それぞれ、亜鉛系めっき層で被覆されている。第１鋼板の第２鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、第２鋼板の第１鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量は、７５．０ｇ／ｍ^２以下である。

本開示によれば、熱間プレス加工によってパッチワーク材から鋼部品を製造する際、溶融亜鉛脆性割れの発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る鋼部品の一部分を示す斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図３Ａは、図１及び図２に示す鋼部品の製造方法に含まれる工程を説明するための模式図である。 図３Ｂは、図１及び図２に示す鋼部品の製造方法に含まれる工程を説明するための別の模式図である。 図３Ｃは、図１及び図２に示す鋼部品の製造方法に含まれる工程を説明するためのさらに別の模式図である。 図４は、上記実施形態の変形例に係る鋼部品の一部分を示す斜視図である。 図５は、実施例の評価結果を示すグラフである。

亜鉛系めっき層で被覆された鋼板同士を重ね合わせて曲げ加工を施す場合、鋼板同士の重ね合わせ面のうち、曲げの内側に位置する鋼板の重ね合わせ面側の部分には張力が発生する。そのため、鋼板同士の重ね合わせ面に形成された亜鉛系めっき層の亜鉛含有量が多い場合、曲げの内側に位置する鋼板では、その重ね合わせ面から溶融亜鉛脆性割れ（ＬＭＥ）が発生するおそれがある。これに対して、本発明者は、互いに重ね合わされた鋼板において曲げが与えられる領域を予め一体化しておくことにより、鋼板同士の重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量を不必要に減少させなくてもＬＭＥが発生しにくくなることを見出した。本発明者は、ＬＭＥの発生を抑制するためにさらに鋭意検討を重ね、曲げ領域を有する鋼部品について、実施形態に係る製造方法を完成させた。

実施形態に係る製造方法は、曲げ領域を有する鋼部品の製造方法である。この製造方法は、第１鋼板と、第１鋼板に重ね合わされ、第１鋼板と連続溶接によって接合された第２鋼板とを含む素材を準備する工程と、第１鋼板と第２鋼板との連続溶接部が曲げ領域に位置付けられるように、加熱された素材をプレス加工して鋼部品を成形する工程と、を備える。第１鋼板及び第２鋼板は、それぞれ、亜鉛系めっき層で被覆されている。第１鋼板の第２鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、第２鋼板の第１鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量は、７５．０ｇ／ｍ^２以下である（第１の構成）。

例えば、スポット溶接等といった断続溶接によって鋼板同士が接合される場合、鋼板同士の一体化効果は小さい。そこで、第１の構成に係る製造方法では、熱間プレス加工の素材として、一体化効果の大きい連続溶接によって第１鋼板と第２鋼板とを接合したものを使用する。この素材を熱間プレス加工によって鋼部品に成形した際、第１鋼板と第２鋼板との連続溶接部は鋼部品の曲げ領域に位置付けられる。つまり、熱間プレス加工に供される素材のうち曲げが与えられる予定の領域に連続溶接部が配置され、当該領域で第１鋼板と第２鋼板とが予め一体化されている。これにより、亜鉛系めっき層で被覆された第１及び第２鋼板のうち、曲げの内側に位置する鋼板の重ね合わせ面において溶融亜鉛脆性割れ（ＬＭＥ）が発生しにくくなる。そのため、第１及び第２鋼板の重ね合わせ面における合計亜鉛含有量を７５．０ｇ／ｍ^２まで増加させることができる。すなわち、熱間プレス加工によって、いわゆるパッチワーク材から鋼部品を製造するに際し、合計亜鉛含有量を不必要に減少させることなく、ＬＭＥの発生を抑制することができる。

第１の構成によれば、熱間プレス加工の素材に含まれる第１鋼板及び第２鋼板の双方が亜鉛系めっき層で被覆されている。これにより、この素材を熱間プレス加工によって鋼部品に成形する際、酸化スケールの生成を抑制することができる。そのため、ショットブラスト処理等により、成形後の鋼部品から酸化スケールを除去する必要がない。よって、鋼部品の製造プロセスを簡素化することができる。

曲げ領域は、鋼部品の横断面視で、円弧状の稜線部と、稜線部の両端に接続された直線部とで構成されていてもよい。この場合、第１鋼板の板厚及び第２鋼板の板厚のうち最小の板厚をｔ、直線部の各々の長さをＬとしたとき、Ｌ／ｔ＜８．２であることが好ましい（第２の構成）。

第２の構成によれば、鋼部品の曲げ領域は、互いに重ね合わされた第１鋼板及び第２鋼板に曲げが付与されて形成された稜線部と、この稜線部の両隣に配置された直線部とで構成されている。直線部の各長さＬは、第１鋼板の板厚及び第２鋼板の板厚のうち最小の板厚ｔの８．２倍未満に設定される。すなわち、稜線部及び稜線部から８．２ｔ未満の範囲を曲げ領域とし、当該曲げ領域に連続溶接部が位置づけられる。このように曲げ領域の範囲を定義し、当該曲げ領域に連続溶接部を配置することにより、稜線部における第１鋼板と第２鋼板との一体化効果が向上し、曲げ領域側の鋼板の重ね合わせ面側の部分において引張ひずみが生じにくくなる。よって、ＬＭＥの発生をより確実に抑制することができる。なお、第２の構成における直線部は、概ね直線状に形成されていればよく、厳密な直線状に限定されない。

第１鋼板及び第２鋼板は、レーザー溶接によって接合されていることが好ましい（第３の構成）。

第１鋼板及び第２鋼板の重ね合わせ面における合計亜鉛含有量は、１０．０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい（第４の構成）。

実施形態に係る鋼部品は、曲げ領域を有する鋼部品である。鋼部品は、第１鋼板と、第２鋼板と、連続溶接部と、を備える。第１鋼板は、亜鉛系めっき層で被覆されている。第２鋼板は、亜鉛系めっき層で被覆され、第１鋼板に重ね合わされている。連続溶接部は、曲げ領域に配置され、第１鋼板と第２鋼板とを接合する。第１鋼板の第２鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、第２鋼板の第１鋼板との重ね合わせ面における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量が７５．０ｇ／ｍ^２以下である（第５の構成）。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［鋼部品の構成］
図１は、本実施形態に係る鋼部品１００の一部を示す斜視図である。図２は、図１に示す鋼部品１００の横断面図（ＩＩ−ＩＩ断面図）である。鋼部品１００の横断面とは、鋼部品１００を長手方向に垂直な平面で切断した断面をいう。鋼部品１００は、曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２を有する鋼製の部品であり、典型的には、自動車の車体に用いられる構造部品である。鋼部品１００としては、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を挙げることができる。

図１を参照して、鋼部品１００は、概略ハット形状の横断面を有する。すなわち、鋼部品１００は、天板１０と、側壁２１，２２と、稜線部３１，３２と、フランジ４１，４２とを有する。天板１０、側壁２１，２２、稜線部３１，３２、及びフランジ４１，４２は、鋼部品１００の長手方向に延びている。以下、説明の便宜上、鋼部品１００の長手方向を単に長手方向といい、図１の紙面における上下方向を単に上下方向という。また、長手方向及び上下方向に直交する方向を幅方向という。

図２を参照して、天板１０の一方の側縁には、稜線部３１を介して側壁２１が接続されている。稜線部３１は、鋼部品１００において天板１０と側壁２１との間に形成された曲げ部であり、曲げ内側のＲエンド間の範囲である。稜線部３１は、鋼部品１００の横断面視で実質的に円弧状をなす。

稜線部３１は、鋼部品１００の曲げ領域Ａ_ｂ１に含まれる。曲げ領域Ａ_ｂ１は、稜線部３１に加え、天板１０の稜線部３１側の端部１１、及び側壁２１の稜線部３１側の端部（上端部）２１１を含んでいる。天板１０の一端部１１及び側壁２１の上端部２１１は、鋼部品１００の横断面視で直線状をなす直線部であり、稜線部３１とともに曲げ領域Ａ_ｂ１を構成する。側壁２１のうち、稜線部３１と反対側の端部（下端部）２１２には、フランジ４１が接続されている。フランジ４１は、側壁２１の下端部２１２から幅方向の外側に向かって突出する。

天板１０の他方の側縁には、稜線部３２を介して側壁２２が接続されている。稜線部３２は、鋼部品１００において天板１０と側壁２２との間に形成された曲げ部であり、曲げ内側のＲエンド間の範囲である。稜線部３２は、鋼部品１００の横断面視で実質的に円弧状をなす。

稜線部３２は、鋼部品１００の曲げ領域Ａ_ｂ２に含まれる。曲げ領域Ａ_ｂ２は、稜線部３２に加え、天板１０の稜線部３２側の端部１２、及び側壁２２の稜線部３２側の端部（上端部）２２１を含んでいる。天板１０の他端部１２及び側壁２２の上端部２２１は、鋼部品１００の横断面視で直線状をなす直線部であり、稜線部３２とともに曲げ領域Ａ_ｂ２を構成する。側壁２２のうち、稜線部３２と反対側の端部（下端部）２２２には、フランジ４２が接続されている。フランジ４２は、側壁２２の下端部２２２から幅方向の外側に向かって突出する。

鋼部品１００は、鋼板５１，５２を用いて構成されている。すなわち、鋼部品１００は、構成材料として鋼板５１，５２を含む。鋼部品１００は、鋼板５１と鋼板５２とを接合する連続溶接部６０をさらに含んでいる。

鋼板５１，５２は、いずれも、亜鉛系めっき層によって被覆された鋼板である。鋼板５２は、鋼板５１に重ね合わされ、連続溶接によって鋼板５１と接合されている。連続溶接は、線状の溶接部が形成される溶接方法であり、例えば、レーザー溶接、アーク溶接、シーム溶接等である。本実施形態の例において、鋼板５２は、鋼板５１よりも小さい。鋼板５１に鋼板５２を重ね合わせることにより、鋼部品１００の一部が厚肉化されている。鋼板５１，５２は、それぞれ、板厚ｔ１，ｔ２［ｍｍ］を有する。板厚ｔ１，ｔ２は、好ましくは、０．６ｍｍ〜３．２ｍｍである。板厚ｔ１，ｔ２は等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。

鋼板５１，５２の連続溶接部６０は、鋼部品１００の曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２に配置されている。各曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２には、１つ以上の連続溶接部６０が設けられている。各曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２には、複数の連続溶接部６０が概ね平行に設けられることが好ましい。

曲げ領域Ａ_ｂ１において、直線部である天板１０の一端部１１及び側壁２１の上端部２１１は、それぞれ長さＬを有する。同様に、曲げ領域Ａ_ｂ２において、直線部である天板１０の他端部１２及び側壁２２の上端部２２１は、それぞれ長さＬを有する。各直線部の長さＬ［ｍｍ］は、鋼板５１の板厚ｔ１［ｍｍ］又は鋼板５２の板厚ｔ２［ｍｍ］を板厚ｔ［ｍｍ］として、Ｌ／ｔ＜８．２を満たすように設定される。すなわち、曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２の範囲は、それぞれ、稜線部３１，３２を中心として、この稜線部３１，３２からＬ［ｍｍ］離れた位置までであり、Ｌは８．２×ｔ未満である。そのため、稜線部３１，３２から、曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２に配置される連続溶接部６０までの距離ｄ［ｍｍ］も、８．２×ｔ未満となる。これにより、鋼板５１，５２は、少なくとも稜線部３１，３２において一体化される。なお、板厚ｔは、鋼板５１の板厚ｔ１及び鋼板５２の板厚ｔ２のうち最小の板厚である。すなわち、板厚ｔ１，ｔ２が等しい場合、板厚ｔ１，ｔ２のいずれを板厚ｔとしてもよいが、板厚ｔ１，ｔ２が異なる場合、板厚ｔ１，ｔ２のうち小さい方を板厚ｔとして取り扱う。なお、直線部１１，２１１は、実質的に直線状に形成されていればよく、厳密な直線状である必要はない。

稜線部３１，３２から連続溶接部６０までの距離ｄは、稜線部３１，３２の端から、連続溶接部６０の溶接中心までの距離である。連続溶接部６０が稜線部３１，３２に配置されている場合は、ｄ＝０とする。曲げ領域Ａ_ｂ１に複数の連続溶接部６０が存在する場合、稜線部３１から各連続溶接部６０までの距離ｄは、同一であってもよいが、互いに異なっていてもよい。同様に、曲げ領域Ａ_ｂ２に複数の連続溶接部６０が存在する場合、稜線部３２から各連続溶接部６０までの距離ｄは、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

図１に示すように、本実施形態の例では、各連続溶接部６０は、鋼部品１００の長手方向に延びている。連続溶接部６０は、鋼板５１，５２の重ね合わせ部の全体にわたり途切れることなく延びていてもよいし、複数に分割されていてもよい。連続溶接部６０が分割されている場合、分割された連続溶接部６０同士の長手方向における間隔は、３０．０ｍｍ以下であると良く、２０．０ｍｍ以下であるとさらに良い。

［鋼部品の製造方法］
次に、上述のように構成された鋼部品１００の製造方法について、図３Ａ〜図３Ｃを参照しつつ説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、鋼部品１００の製造方法に含まれる各工程を説明するための模式図である。鋼部品１００の製造方法は、素材５０を準備する工程と、加熱された素材５０をプレス加工して鋼部品１００に成形する工程と、を含む。

（準備工程）
図３Ａを参照して、まず、プレス加工に供される素材５０を準備する。素材５０は、鋼板５１，５２を含んでいる。鋼板５２は、鋼板５１に重ね合わされ、連続溶接によって鋼板５１と接合されている。鋼板５１，５２は、典型的には、レーザー溶接によって接合される。鋼板５１，５２は、例えば、補強材である鋼板５２側から溶接される。鋼板５１と鋼板５２との連続溶接部６０は、少なくとも、素材５０が鋼部品１００（図１及び図２）に成形されたときに曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２となる予定の領域５３，５４に配置されている。ただし、連続溶接部６０は、素材５０のその他の領域にも配置されていてもよい。

鋼板５１，５２は、それぞれ、亜鉛系めっき層で被覆されている。すなわち、鋼板５１，５２の各々は、その両面全体に亜鉛系めっき層を有する。特に限定されるものではないが、亜鉛系めっき層としては、例えば、溶融亜鉛（Ｚｎ）めっき、合金化溶融Ｚｎ（Ｚｎ−Ｆｅ１０％）めっき、溶融Ｚｎ−５５％Ａｌ−１．６％Ｓｉめっき、溶融Ｚｎ−１１％Ａｌめっき、溶融Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇめっき、溶融Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき、溶融Ｚｎ−１１％Ａｌ−３％Ｍｇ−０．２％Ｓｉめっき、電気Ｚｎめっき、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき、及び電気Ｚｎ−Ｃｏめっき等を挙げることができる。亜鉛系めっき層は、これらのめっきのいずれかと同じ成分を有する蒸着めっきであってもよい。亜鉛系めっき層が形成される母材鋼板は、特に限定されるものではなく、要求される部品特性に応じて適宜選択することができる。

鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量は、７５．０ｇ／ｍ^２以下となっている。この合計亜鉛含有量は、１０．０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい。合計亜鉛含有量とは、鋼板５１の重ね合わせ面５１１における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］と、鋼板５２の重ね合わせ面５２１における亜鉛系めっき層の亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］との和である。鋼板５１の重ね合わせ面５１１は、鋼板５１の両面のうち、鋼板５２と重ね合わされる面であり、鋼板５２に密着する。鋼板５２の重ね合わせ面５２１は、鋼板５２の両面のうち、鋼板５１と重ね合わされる面であり、鋼板５１に密着する。

（成形工程）
次に、準備された素材５０を所定の温度に加熱する。素材５０は、公知の加熱炉を用いて加熱することができる。素材５０は、熱間プレス加工に適した温度（例えば９００℃程度）に加熱される。

図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、加熱された素材５０には、公知のプレス装置７０を用いてプレス加工が施される。プレス装置７０は、パンチ７１及びダイ７２を含む。例えば、パンチ７１上に素材５０を載置してダイ７２を下降させ、パンチ７１の凸状の成形面と、ダイ７２の凹状の成形面とによって素材５０を鋼部品１００に成形する。鋼部品１００は、素材５０の鋼板５１，５２の連続溶接部６０が曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２に位置付けられるように成形される。成形された鋼部品１００は、パンチ７１及びダイ７２と接触することで冷却（焼入れ）される。

以上の工程により、鋼部品１００が製造される。鋼部品１００は、さらに必要な工程を経て最終状態に仕上げられる。

［効果］
本実施形態に係る鋼部品１００の製造方法では、熱間プレス加工の素材として、連続溶接部６０によって鋼板５１，５２を接合した素材５０を使用する。連続溶接部６０は、素材５０のうち曲げが付与される予定の領域５３，５４に配置され、当該領域５３，５４で鋼板５１，５２を一体化している。これにより、素材５０をプレス加工によって鋼部品１００に成形した際、曲げの内側に位置する鋼板５２において、重ね合わせ面５２１及びその近傍に生じる引張ひずみを低減することができる。よって、溶融亜鉛脆性割れ（ＬＭＥ）の発生を抑制することができる。そのため、鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量を７５．０ｇ／ｍ^２まで増加させることができる。すなわち、合計亜鉛含有量を不必要に減少させることなく、ＬＭＥの発生を抑制することができる。

本実施形態では、熱間プレス加工の素材５０に含まれる鋼板５１，５２の双方が亜鉛系めっき層で被覆されている。これにより、素材５０を熱間プレス加工によって鋼部品１００に成形する際、酸化スケールの生成を抑制することができる。そのため、ショットブラスト処理等により、成形後の鋼部品１００から酸化スケールを除去する必要がない。よって、鋼部品１００の製造プロセスを簡素化することができる。

本実施形態において、鋼部品１００の曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２では、直線部である天板１０の端部１１，１２及び側壁２１，２２の上端部２１１，２２１の長さＬ［ｍｍ］が、Ｌ／ｔ＜８．２を満たすように設定されている。この場合、稜線部３１，３２から、曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２に配置される連続溶接部６０までの距離ｄは８．２×ｔ［ｍｍ］未満となる。これにより、稜線部３１，３２において、鋼板５１と鋼板５２との高い一体化効果を発揮することができる。そのため、鋼板５２の重ね合わせ面５２１及びその近傍に生じる引張ひずみを効果的に低減することができる。よって、ＬＭＥの発生をより確実に抑制することができる。

本実施形態において、素材５０及び鋼部品１００を構成する鋼板５１，５２は、レーザー溶接によって接合されていることが好ましい。レーザー溶接は、鋼板５１，５２を線状に接合することができるため、点状の接合を行うスポット溶接等と比較して、鋼板５１，５２の一体化効果を向上させることができる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、線状の連続溶接部６０が鋼部品１００の長手方向に延びている。しかしながら、連続溶接部６０が延びる方向は、これに限定されるものではない。例えば、図４に示すように、連続溶接部６０は、曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２を横断するように、鋼部品１００の幅方向に延びていてもよい。この場合、連続溶接部６０は、鋼部品１００の長手方向に６０．０ｍｍ以下の間隔を空けて配列されていることが好ましい。

上記実施形態において、鋼部品１００は、概略ハット形状の横断面を有する。しかしながら、鋼部品１００の形状は、これに限定されるものではない。鋼部品１００は、少なくとも１つの曲げ領域を有するものであればよい。

上記実施形態では、２枚の鋼板５１，５２から熱間プレス加工用の素材５０が形成されている。しかしながら、素材５０は、３枚以上の鋼板から形成されていてもよい。

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

［第１実施例］
連続溶接部６０が配置される曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２の範囲を検証するため、複数種類の素材５０についてＶ曲げ試験をシミュレーションした数値解析（平面ひずみ解析）を実施した。数値解析は、汎用の構造解析ソフトウェア（ＬＳ−Ｄｙｎａ Ｒ９．１．０、Ｌｉｖｅｍｏｒｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＬＳＴＣ）社製）を用い、静的陰解法にて実施した。曲げ加工の条件は、曲げ角度：１００°、曲げ半径（内側）：３．０ｍｍ、曲げ部の長さ（円弧長）：４．２ｍｍである。解析では、熱間プレス加工を想定し、焼入れ後の引張強度が１５００ＭＰａ級となる熱間プレス用鋼板を約９００℃に加熱した際の材料特性データを使用した。

解析では、曲げ部（稜線部）の端から鋼板５１，５２の溶接部までの距離ｄ［ｍｍ］を変化させ、曲げ内側の鋼板５２のうち、重ね合わせ面５２１側（曲げ外側）の部分の最大主ひずみを評価した。評価結果を表１及び図５に示す。

表１において、Ｎｏ．２〜１２は、各々１．６ｍｍの板厚を有する２枚の鋼板５１，５２を溶接して形成した素材５０を用いたときの評価結果である。Ｎｏ．１は、Ｎｏ．２〜１２の対照例であり、板厚３．２ｍｍを有する１枚の鋼板を曲げ加工したとき、板厚方向の中央部で生じる最大主ひずみを示す。

表１及び図５に示すように、板厚３．２ｍｍの１枚の鋼板を曲げた場合（Ｎｏ．１）、この鋼板において板厚方向の中央部で生じる最大主ひずみは、ごく僅かである。２枚の鋼板５１，５２から形成された素材５０を曲げた場合も、曲げ部の端から溶接部までの距離ｄが短い間は、曲げ内側の鋼板５２の重ね合わせ面５２１側（曲げ外側）の部分の最大主ひずみは小さい。しかしながら、ｄ／ｔが８．２以上になると（Ｎｏ．８〜１２）、最大主ひずみが顕著に増加する。この場合、鋼板５１，５２間に液体亜鉛が存在すると、溶融亜鉛脆性割れ（ＬＭＥ）が発生しやすいと考えられる。

この結果より、素材５０から成形される鋼部品１００において、稜線部３１，３２から連続溶接部６０までの距離ｄ［ｍｍ］は、ｄ／ｔ＜８．２を満たすように設定されることが好ましいといえる。よって、連続溶接部６０が配置される曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２のうち、稜線部３１，３２から延びる直線部の長さＬ［ｍｍ］も、Ｌ／ｔ＜８．２を満たすように設定されることが好ましい。

［第２実施例］
曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２に連続溶接部６０を配置したときの適切な亜鉛の量を調査するため、鋼板５１，５２から形成された素材５０を用い、熱間プレス加工による曲げ試験（曲げ半径：５ｍｍ）を実施した。曲げ試験では、鋼板５１，５２として合金化溶融亜鉛めっき鋼板（Ｚｎ−Ｆｅ１０％）を使用した。表２に曲げ試験の条件及びその結果を示す。

表２に示す亜鉛含有量は、以下のようにして測定した（第１測定方法）。すなわち、まず、熱間プレス加工前の鋼板５１，５２各々から試料（３０ｍｍ×３０ｍｍ）を切り出し、この試料の両面のうち、評価面（重ね合わせ面）と反対側の面をマスキングテープによって被覆する。次に、これらの試料を、それぞれ、母材鋼板中の鉄（Ｆｅ）の溶解を抑制するインヒビター（イビット７００Ａ、朝日化学工業株式会社製）を０．１ｇ／Ｌ添加した濃度５％の塩酸（ＨＣｌ）水溶液に常温で１０分間浸漬して、評価面の亜鉛系めっき層を全て溶解させる。ただし、亜鉛系めっき層が全て溶解したか否かは、亜鉛系めっき層が溶解するときに発生する水素に起因する発泡が終了したか否かに基づいて判断する。そのため、試料の浸漬開始から１０分間経過しても発泡が生じている場合は、発泡が終了するまで試料の浸漬を継続する。その後、ＩＣＰ発光分析装置（株式会社島津製作所製、型番：ＩＣＰＳ−８１００）を用いて溶解液中の亜鉛量を測定し、各試料の評価面について単位面積当たりの亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］を算出する。鋼板５１から切り出された試料について算出された亜鉛含有量と、鋼板５２から切り出された試料について算出された亜鉛含有量とを足し合わせたものが鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］となる。

亜鉛含有量は、以下のようにして、熱間プレス加工後に測定することもできる（第２測定方法）。すなわち、まず、素材５０から製造された成形品（鋼部品）１００を解体し、鋼板５１の重ね合わせ面５１１及び鋼板５２の重ね合わせ面５２１を露出させる。この鋼板５１，５２各々から試料（３０ｍｍ×３０ｍｍ）を切り出し、試料の両面のうち、重ね合わせ面５１１，５２１と反対側の面をマスキングテープによって被覆する。続いて、熱間プレス加工前に亜鉛含有量を測定する上記第１測定方法と同様、各試料をＨＣｌ水溶液に浸漬して評価面（重ね合わせ面）の亜鉛系めっき層を全て溶解させる。ただし、熱間プレス加工後は亜鉛系めっき層の合金化が進行し、亜鉛系めっき層が溶解しにくい可能性があるため、ＨＣｌ水溶液の濃度を５％から１０％に、ＨＣｌ水溶液の温度を常温から４０℃に変更し、浸漬時間を１０分間から４０分間に延長する。試料の浸漬開始から４０分間経過した時点で、ＳＥＭ−ＥＤＳ分析又は蛍光Ｘ線分析によって各試料の評価面で亜鉛が検出されないことを確認する。亜鉛が検出された場合、亜鉛が検出されなくなるまで試料の浸漬を継続し、評価面の亜鉛系めっき層を全て溶解させる。その後、第１測定方法と同様、ＩＣＰ発光分析装置によって溶解液中の亜鉛量を測定し、各試料の評価面の単位面積当たりの亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］、及び合計亜鉛含有量［ｇ／ｍ^２］を算出する。

熱間プレス加工を行うことにより、亜鉛の蒸発及び酸化物生成が生じると考えられるが、素材５０のようなパッチワーク材を用いる場合、鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における亜鉛の蒸発量は僅かである。また、上述したように、ＨＣｌ水溶液の濃度、温度、及び浸漬時間を調整して亜鉛の酸化物を強制的に溶解させることにより、亜鉛の酸化が生じた場合であっても、亜鉛系めっき層の亜鉛含有量を測定することができる。よって、熱間プレス加工後に測定した場合の鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１の合計亜鉛含有量は、熱間プレス加工前に測定した場合の合計亜鉛含有量と実質的に等しい。そのため、本開示でいう合計亜鉛含有量は、上記第１測定方法によって熱間プレス加工前に測定された合計亜鉛含有量であってもよいし、上記第２測定方法によって熱間プレス加工後に測定された合計亜鉛含有量であってもよい。

表２に示すように、鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量が９０．０ｇ／ｍ^２の場合（Ｎｏ．１）、曲げ内側の鋼板５２の重ね合わせ面５２１側（曲げ外側）の部分においてＬＭＥが発生した。一方、鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量が７５．０ｇ／ｍ^２以下の場合（Ｎｏ．２〜３）、ＬＭＥは発生しなかった。しかしながら、曲げ内側の鋼板５２を裸材（亜鉛含有量：０．０ｇ／ｍ^２）とした場合は（Ｎｏ．３）、鋼板５２の表面に酸化スケールが発生した。

この結果より、連続溶接部６０によって曲げ領域Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２で鋼板５１，５２を一体化させた場合、鋼板５１，５２の重ね合わせ面５１１，５２１における合計亜鉛含有量を７５．０ｇ／ｍ^２以下とすることで、熱間プレス加工時におけるＬＭＥの発生を抑制できるといえる。また、鋼板５１，５２の双方を亜鉛系めっき層で被覆された鋼板とすることで、熱間プレス加工時における酸化スケールの生成を抑制することができ、酸化スケールを除去するためのショットブラスト処理等を省略することができる。

１００：鋼部品
３１，３２：稜線部
１１，１２，２１１，２２１：直線部
５０：素材
５１，５２：鋼板
６０：連続溶接部
Ａ_ｂ１，Ａ_ｂ２：曲げ領域

Claims (5)

1. 曲げ領域を有する鋼部品の製造方法であって、
   亜鉛系めっき層で被覆された第１鋼板と、亜鉛系めっき層で被覆され、前記第１鋼板に重ね合わされ、前記第１鋼板と連続溶接によって接合された第２鋼板とを含み、前記第１鋼板の前記第２鋼板との重ね合わせ面における前記亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、前記第２鋼板の前記第１鋼板との重ね合わせ面における前記亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量が７５．０ｇ／ｍ^２以下である素材、を準備する工程と、
   前記第１鋼板と前記第２鋼板との連続溶接部が前記曲げ領域に位置付けられるように、加熱された前記素材をプレス加工して前記鋼部品を成形する工程と、
   を備える、製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記曲げ領域は、前記鋼部品の横断面視で、円弧状の稜線部と、前記稜線部の両端に接続された直線部とで構成され、
   前記第１鋼板の板厚及び前記第２鋼板の板厚のうち最小の板厚をｔ、前記直線部の各々の長さをＬとしたとき、Ｌ／ｔ＜８．２である、製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法であって、
   前記第１鋼板及び前記第２鋼板は、レーザー溶接によって接合されている、製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法であって、
   前記合計亜鉛含有量は、１０．０ｇ／ｍ^２以上である、製造方法。
5. 曲げ領域を有する鋼部品であって、
   亜鉛系めっき層で被覆された第１鋼板と、
   亜鉛系めっき層で被覆され、前記第１鋼板に重ね合わされた第２鋼板と、
   前記曲げ領域に配置され、前記第１鋼板と前記第２鋼板とを接合する連続溶接部と、
   を備え、
   前記第１鋼板の前記第２鋼板との重ね合わせ面における前記亜鉛系めっき層の亜鉛含有量と、前記第２鋼板の前記第１鋼板との重ね合わせ面における前記亜鉛系めっき層の亜鉛含有量との和である合計亜鉛含有量が７５．０ｇ／ｍ^２以下である、鋼部品。

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