JP2021154370A - 重ね合わせブランク、および、それを用いたホットスタンプ成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本開示は、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクを提供することを主目的とする。【解決手段】本開示においては、ホットスタンプに用いられる重ね合わせブランクであって、第１鋼板と、上記第１鋼板の一方の面上に配置され、上記第１鋼板よりも面積が小さい第２鋼板と、を備え、上記第１鋼板は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板であり、上記第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である、重ね合わせブランクを提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
Description
本開示は、重ね合わせブランク、および、それを用いたホットスタンプ成形体の製造方法に関する。
例えば、自動車の車体を構成する各種の車体構成部材には、静的強度、動的強度、衝突安全性、軽量化等の様々な観点から、性能または特性の向上が求められている。このような車体構成部材には、特定部位が他の一般部位よりも高強度を有することが要求されることが多く、特定部位は様々な手段で補強される。
特定部位を補強する手段の一つとして、第１鋼板と、第１鋼板よりも面積が小さい第２鋼板とを有する重ね合わせブランクを用い、その重ね合わせブランクに、ホットスタンプ成形を行う方法が知られている。特定部位となる位置に第２鋼板を配置することで、特定部位を補強した成形体が得られる。
例えば特許文献１には、両面にアルミ系めっき層を有するめっき鋼板（第一の鋼板）と、第一の鋼板よりも面積が小さく、両面にアルミ系めっき層を有するめっき鋼板（第二の鋼板）とを備え、各アルミ系めっき層の付着量（Ｗ１、Ｗ２）、および、各鋼板の厚さ（ｔ１、ｔ２）が所定の関係を満たす、ホットススタンプ用重ね合わせブランクが開示されている。特許文献２にも、アルミニウム系めっき被膜を有する、ホットスタンプ用重ね合わせブランクが開示されている。
一方、特許文献３には、亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板と、第２の鋼板とを備え、所定の歪み付加部および押圧部を有する熱間プレス部材が開示されている。また、特許文献４には、Ｚｎ−Ｎｉめっき層を有する表面処理鋼板を用いた熱間プレス成形品の製造方法が開示されている。
ホットスタンプでは、例えば、鋼板をＡｃ３点付近（例えば８００℃以上）まで加熱し、オーステナイト化させ、その後、熱間プレスすることによって成形する。さらに、下死点保持の間にＭｓ点以下（例えば４００℃以下）まで急冷することで鋼板をマルテンサイト化させる。なお、Ａｃ３点とは、オーステナイト逆変態完了温度であり、鋼板から切り出した小片を１℃／秒で１１００℃まで加熱し、その間の体積膨張を測定することで求められる。
重ね合わせブランクをホットスタンプに用いると、平面視上、第１鋼板に対して第２鋼板が重複する厚肉部（パッチ部）と、平面視上、第１鋼板に対して第２鋼板が重複しない薄肉部（非パッチ部）とで、昇温速度が異なる。具体的に、薄肉部は昇温速度が速く、目的とする温度（例えばＡｃ３点）まで早く到達するが、厚肉部は昇温速度が遅く、目的とする温度に到達するまで時間がかかる。そのため、厚肉部を目的とする温度まで加熱すると、高温（典型的には、母材鋼板に含まれるＦｅがめっき層に含まれるＺｎに著しく拡散する温度域であり、例えば８００℃以上である）で薄肉部が長時間加熱されることになる。その結果、例えば、薄肉部における拡散層の発生量が増大する。拡散層の発生量が増大すると、例えばスポット溶接性の低下を引き起こし、溶接時の適正電流範囲の確保が難しくなる場合がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクを提供することを主目的とする。
本開示においては、ホットスタンプに用いられる重ね合わせブランクであって、第１鋼板と、上記第１鋼板の一方の面上に配置され、上記第１鋼板よりも面積が小さい第２鋼板と、を備え、上記第１鋼板は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板であり、上記第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である、重ね合わせブランクを提供する。
本開示によれば、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクとすることができる。
上記開示において、上記第１鋼板における上記ＧＩめっき層の片面当たりの付着量は、２０ｇ／ｍ２以上であってもよい。
上記開示において、上記第２鋼板における上記ＧＡめっき層の片面当たりの付着量は、９０ｇ／ｍ２以下であってもよい。
上記開示において、上記第１鋼板および上記第２鋼板は、接合により固定されていてもよい。
上記開示において、上記接合は、スポット溶接またはレーザー溶接であってもよい。
上記開示において、上記第２鋼板のＡｃ３点は、上記第１鋼板のＡｃ３点より低くてもよい。
また、本開示においては、上述した重ね合わせブランクを加熱し、成形するホットスタンプ成形工程を有する、ホットスタンプ成形体の製造方法を提供する。
本開示によれば、上述した重ね合わせブランクを用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制できる。そのため、例えば、薄肉部における拡散層の発生量を低減でき、スポット溶接性の低下を抑制できる。
上記開示では、上記ホットスタンプ成形工程において、平面視上、上記第１鋼板に対して上記第２鋼板が重複する厚肉部に曲げ加工を行い、曲げ部を形成してもよい。
本開示における重ね合わせブランクは、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制できるという効果を奏する。
以下、本開示における重ね合わせブランク、および、ホットスタンプ成形体の製造方法について詳細に説明する。なお、ブランクとは、プレスを含む成形加工の材料となる鋼板等の金属板をいう。また、重ね合わせブランクは、パッチワークブランクとも称される。また、ホットスタンプは、ホットプレス、熱間プレス、ダイクエンチ、プレスクエンチとも称される。
以下に示す各図は、理解を容易にするため、各部の大きさ、形状を適宜誇張している。さらに、各図において、便宜上、ハッチングまたは符号を省略する場合がある。また、ある部材に対して他の部材を配置する態様を表現するにあたり、「上に」または「下に」と表記する場合、ある部材に接するように、直上または直下に他の部材を配置する場合と、ある部材の上方または下方に、別の部材を介して他の部材を配置する場合との両方が含まれ、いずれの場合も採用できる。
Ａ．重ね合わせブランク
図１（ａ）は、本開示における重ね合わせブランクを例示する概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す重ね合わせブランク１０は、第１鋼板１と、第１鋼板１の一方の面１ａ上に配置され、第１鋼板１よりも面積が小さい第２鋼板２と、を備える。第１鋼板１は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板である。一方、第２鋼板２は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である。
図１（ａ）は、本開示における重ね合わせブランクを例示する概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す重ね合わせブランク１０は、第１鋼板１と、第１鋼板１の一方の面１ａ上に配置され、第１鋼板１よりも面積が小さい第２鋼板２と、を備える。第１鋼板１は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板である。一方、第２鋼板２は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である。
本開示によれば、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクとすることができる。上述したように、薄肉部は昇温速度が速く、目的とする温度（例えばＡｃ３点）まで早く到達するが、厚肉部は昇温速度が遅く、目的とする温度に到達するまで時間がかかる。具体的には、図２（ａ）に示すように、薄肉部は温まりやすいため、Ａｃ３点に早く到達するが、厚肉部は温まりにくいため、Ａｃ３点に到達するまで時間がかかる。そのため、厚肉部を目的とする温度まで加熱すると、高温で薄肉部が長時間加熱されることになる。その結果、拡散層の発生量が増大する等の問題を引き起こす場合がある。
これに対して、本開示においては、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いる。具体的には、第１鋼板として、相対的に昇温を抑制しやすい亜鉛系めっき鋼板を用い、第２鋼板として、相対的に昇温を促進しやすい鋼板（亜鉛系めっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板）を用い、これらを組み合わせることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制できる。具体的には、図２（ｂ）に示すように、薄肉部は相対的に温まりにくくなり、厚肉部は相対的に温まりやすくなることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制できる。
特に、第１鋼板はＧＩめっき層を有し、熱放射率が低いため、昇温速度を遅くする効果がある。これに対して、第２鋼板は、ＧＡめっき層を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板であり、第１鋼板よりも熱放射率が高いため、相対的に昇温速度を早くする効果がある。熱放射率が１である物体は黒体（理想的な放射体）と定義され、この黒体からの放射を黒体輻射と呼び、その強さは波長の関数であって式（１）で表される。物体からの熱放射率εは、同温度にある黒体からの全放射の比で表され、式（２）で表される。
ＥＢ（λ）＝２πｃ２ｈ／λ５・（ｅｃｈ／λκＴ−１） （１）
但し、ＥＢ（λ）：黒体輻射［Ｊ／ｍ３・ｓ］、ｈ:プランク定数［Ｊ・ｓ］、λ：波長［ｍ］、κ：ボルツマン定数［Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｔ：温度［Ｋ］
ε＝∫ε（λ）・ＥＢ（λ）ｄλ／∫ＥＢ（λ）ｄλ （２）
ＥＢ（λ）＝２πｃ２ｈ／λ５・（ｅｃｈ／λκＴ−１） （１）
但し、ＥＢ（λ）：黒体輻射［Ｊ／ｍ３・ｓ］、ｈ:プランク定数［Ｊ・ｓ］、λ：波長［ｍ］、κ：ボルツマン定数［Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ］、ｃ：光速［ｍ／ｓ］、Ｔ：温度［Ｋ］
ε＝∫ε（λ）・ＥＢ（λ）ｄλ／∫ＥＢ（λ）ｄλ （２）
また、例えば、第１鋼板および第２鋼板が同じ鋼板である場合、同じコイルから切り出した板を用いて重ね合わせブランクを製造することができるメリットがあるが、その反面、薄肉部における昇温速度と、厚肉部における昇温速度との差が大きくなるというデメリットがある。これに対して、本開示においては、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いることで、薄肉部における昇温速度と、厚肉部における昇温速度との差を小さくすることができる。
また、上述したように、特許文献１には、２種類のアルミ系めっき鋼板を備えた重ね合わせブランクが開示されている。アルミ系めっき鋼板は、水素脆化を引き起こしやすいが、本開示における鋼板（亜鉛系めっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板）は、水素脆化を引き起こしにくいという利点を有する。
１．第１鋼板
第１鋼板は、通常、母材鋼板と、上記母材鋼板の少なくとも一方の面上に形成された溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有する。
第１鋼板は、通常、母材鋼板と、上記母材鋼板の少なくとも一方の面上に形成された溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有する。
（１）母材鋼板
母材鋼板の成分組成は、特に限定されず、焼入れ鋼として用いられる一般的な組成であればよい。母材鋼板の成分組成としては、例えば、質量％で、Ｃ：０．１％以上０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００４％以下、残部Ｆｅおよび不純物が挙げられる。
母材鋼板の成分組成は、特に限定されず、焼入れ鋼として用いられる一般的な組成であればよい。母材鋼板の成分組成としては、例えば、質量％で、Ｃ：０．１％以上０．５％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００４％以下、残部Ｆｅおよび不純物が挙げられる。
母材鋼板の種類は、特に限定されないが、例えば冷間圧延鋼板（裸材）が挙げられる。また、母材鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば、０．７ｍｍ以上３．６ｍｍ以下である。鋼板の板厚は、マイクロメーターを用いて測定することが可能である。
（２）ＧＩめっき層
第１鋼板は、母材鋼板の少なくとも一方の面上に形成された溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有する。なお、本開示における溶融亜鉛めっき層を、非合金化溶融亜鉛めっき層と称すこともできる。
第１鋼板は、母材鋼板の少なくとも一方の面上に形成された溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有する。なお、本開示における溶融亜鉛めっき層を、非合金化溶融亜鉛めっき層と称すこともできる。
ＧＩめっき層は、亜鉛からなるめっき層であってもよく、亜鉛の他に少量の異種金属元素または不純物（例えば、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、マンガン、鉄、マグネシウム、鉛、ビスマス、アンチモン、錫、銅、カドミウム、ヒ素等）を含むめっき層であってもよい。また、ＧＩめっき層は、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機物をさらに含んでいてもよい。ＧＩめっき層の成分組成は、特に限定されないが、例えば、質量％で、Ａｌ：０．０１％以上０．２０％以下、残部Ｚｎ、および、不純物が挙げられる。
第１鋼板におけるＧＩめっき層の片面当たりの付着量（目付量）は、特に限定されないが、例えば２０ｇ／ｍ２以上であり、３０ｇ／ｍ２以上であってもよく、４０ｇ／ｍ２以上であってもよい。付着量が少なすぎると、昇温を十分に抑制できない可能性、および、十分な防錆性能が得られない可能性がある。一方、第１鋼板におけるＧＩめっき層の片面当たりの付着量（目付量）は、例えば１００ｇ／ｍ２以下であり、９０ｇ／ｍ２以下であってもよい。付着量が多すぎると、金型に多量の亜鉛凝着物が凝着し、金型の磨耗が発生する可能性がある。
ＧＩめっき層の付着量は、通常、Ｚｎ量換算の付着量で評価する。ＧＩめっき層の付着量は、蛍光Ｘ線法による測定で求めることができる。具体的には、蛍光Ｘ線法により、ＧＩめっき層の付着量（Ｚｎ量換算）が既知である数種類の標準試料を用いて検量線を作成し、その検量線に基づき、試料のＺｎ強度をＧＩめっき層の付着量に換算する。
第１鋼板は、母材鋼板の少なくとも一方の面上にＧＩめっき層を有する。例えば図１（ｂ）に示す重ね合わせブランク１０において、第１鋼板１は、第２鋼板２側の面１ａ上に、ＧＩめっき層を有していてもよく、第２鋼板２とは反対側の面１ｂ上に、ＧＩめっき層を有していてもよい。また、第１鋼板１は、母材鋼板の一方の面上のみ（片面上のみ）に、ＧＩめっき層を有していてもよく、母材鋼板の両方の面上（両面上）に、それぞれＧＩめっき層を有していてもよい。
第１鋼板の熱放射率を低くするという観点では、第１鋼板は両面にＧＩめっき層を有することが好ましい。一方、第１鋼板および第２鋼板の板間での液体脆化割れ（ＬＭＥ）抑制という観点では、第１鋼板は、第２鋼板側の面であって、かつ、平面視上、第２鋼板と重複する領域に、ＧＩめっき層を有しないことが好ましい。この場合、第１鋼板は、第２鋼板側の面であって、かつ、平面視上、第２鋼板と重複しない領域に、ＧＩめっき層を有していてもよい。ＧＩめっき層の面積を大きくすることで、第１鋼板の熱放射率を低くできる。このような第１鋼板は、例えば、第１鋼板の第２鋼板側の全面に、まずＧＩめっき層を形成し、次に、第２鋼板と重複する領域となる位置に存在するＧＩめっき層を除去することで、得ることができる。一方、第１鋼板は、第２鋼板側の全面にＧＩめっき層を有しなくてもよい。ＧＩめっき層を形成しないことで、第１鋼板および第２鋼板の板間での液体脆化割れ（ＬＭＥ）を抑制できる。
ＧＩめっき層の形成方法としては、例えば、還元炉方式のめっき処理による形成方法が挙げられる。還元炉方式のめっき処理では、通常、前処理工程、焼鈍工程およびめっき工程が行われる。具体的には、まず母材鋼板に前処理工程を行う。前処理工程は、鋼板表面のオイル（油脂）および汚れを除去するために行なわれ、代表的には、アルカリ脱脂によって行われる。次に、前処理された母材鋼板を還元炉に投入し、還元炉で焼鈍（還元性雰囲気下での熱処理）する焼鈍工程を行う。次に、溶融亜鉛めっき処理を行なうことにより溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を形成するめっき工程を行う。溶融亜鉛めっき浴の温度は、例えば、４３０℃以上５００℃以下である。さらに、必要に応じて、スキンパス処理、テンションレベラ処理、塗油等の処理を行ってもよい。また、めっき工程後に再焼鈍を行なってもよい。
（３）第１鋼板
第１鋼板は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板である。第１鋼板の板厚は、例えば、０．７ｍｍ以上３．６ｍｍ以下である。
第１鋼板は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板である。第１鋼板の板厚は、例えば、０．７ｍｍ以上３．６ｍｍ以下である。
第１鋼板は、通常、後述する第２鋼板よりも熱放射率が低い。第１鋼板における熱放射率と、第２鋼板における熱放射率との差は、例えば０．０５以上であり、０．１以上であってもよく、０．２以上であってもよい。熱放射率は、ＦＴ−ＩＲ（アジレントテクノロジー製６７０-ＩＲ）を用いて、波長４μｍ〜２５μｍでの分光反射率（ｒ（λ））を測定し、式（３）より熱放射率ε（λ）を算出する。
ε（λ）＝１−ｒ（λ） （３）
ε（λ）＝１−ｒ（λ） （３）
２．第２鋼板
第２鋼板は、第１鋼板の少なくとも一方の面上に配置される。第２鋼板は、第１鋼板の一方の面側において、単数配置されていてもよく、複数配置されていてもよい。後者の場合、第１鋼板の面方向（厚さ方向に直交する方向）に沿って、第２鋼板が複数配置されていてもよい。また、第２鋼板は、第１鋼板の一方の面上のみ（片面上のみ）に配置されていてもよく、第１鋼板の両方の面上（両面上）に配置されていてもよい。後者の場合、各々の面側において、第２鋼板は、単数配置されていてもよく、複数配置されていてもよい。また、第２鋼板は、第１鋼板よりも面積が小さい。なお、図１に示すように、第２鋼板は、平面視上、第１鋼板１からはみ出さないように、第１鋼板１の外縁の内側に配置されていることが好ましい。
第２鋼板は、第１鋼板の少なくとも一方の面上に配置される。第２鋼板は、第１鋼板の一方の面側において、単数配置されていてもよく、複数配置されていてもよい。後者の場合、第１鋼板の面方向（厚さ方向に直交する方向）に沿って、第２鋼板が複数配置されていてもよい。また、第２鋼板は、第１鋼板の一方の面上のみ（片面上のみ）に配置されていてもよく、第１鋼板の両方の面上（両面上）に配置されていてもよい。後者の場合、各々の面側において、第２鋼板は、単数配置されていてもよく、複数配置されていてもよい。また、第２鋼板は、第１鋼板よりも面積が小さい。なお、図１に示すように、第２鋼板は、平面視上、第１鋼板１からはみ出さないように、第１鋼板１の外縁の内側に配置されていることが好ましい。
第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板であってもよい。第２鋼板は、通常、母材鋼板と、上記母材鋼板の少なくとも一方の面上に形成された合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）とを有する。
（１）母材鋼板
第２鋼板（めっき鋼板）における母材鋼板については、上記「１．第１鋼板 （１）母材鋼板」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、上述した成分組成の範囲内で、第１鋼板における母材鋼板の成分組成と、第２鋼板における母材鋼板の成分組成とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
第２鋼板（めっき鋼板）における母材鋼板については、上記「１．第１鋼板 （１）母材鋼板」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、上述した成分組成の範囲内で、第１鋼板における母材鋼板の成分組成と、第２鋼板における母材鋼板の成分組成とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
（２）ＧＡめっき層
ＧＡめっき層は、亜鉛と、他の金属（例えば鉄、アルミニウム、コバルト、錫、ニッケル、クロム、チタン、マグネシウム、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種）との亜鉛系合金めっき層であることが好ましい。また、ＧＡめっき層は、少量の異種金属元素又は不純物（例えば、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、マンガン、鉄、マグネシウム、鉛、ビスマス、アンチモン、錫、銅、カドミウム、ヒ素等）を含んでいてもよい。また、ＧＡめっき層は、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機物をさらに含んでいてもよい。ＧＡめっき層の成分組成は、特に限定されないが、例えば、質量％で、Ｆｅ：５％以上２０％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．２０％以下、残部Ｚｎ、および、不純物が挙げられる。
ＧＡめっき層は、亜鉛と、他の金属（例えば鉄、アルミニウム、コバルト、錫、ニッケル、クロム、チタン、マグネシウム、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種）との亜鉛系合金めっき層であることが好ましい。また、ＧＡめっき層は、少量の異種金属元素又は不純物（例えば、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、マンガン、鉄、マグネシウム、鉛、ビスマス、アンチモン、錫、銅、カドミウム、ヒ素等）を含んでいてもよい。また、ＧＡめっき層は、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機物をさらに含んでいてもよい。ＧＡめっき層の成分組成は、特に限定されないが、例えば、質量％で、Ｆｅ：５％以上２０％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．２０％以下、残部Ｚｎ、および、不純物が挙げられる。
第２鋼板におけるＧＡめっき層の片面当たりの付着量（目付量）は、特に限定されないが、例えば９０ｇ／ｍ２以下であり、８０ｇ／ｍ２以下であってもよい。付着量が多すぎると、ＧＡめっき層の表面側（母材鋼板とは反対側の表面）で十分な合金化反応が生じず、その表面側がＧＩめっき層に近い性質を有することになる。その結果、厚肉部の昇温をさらに抑制してしまう可能性がある。一方、第２鋼板におけるＧＡめっき層の片面当たりの付着量（目付量）は、例えば２０ｇ／ｍ２以上であり、３０ｇ／ｍ２以上であってもよい。付着量が少なすぎると、十分な防錆性能が得られない可能性がある。
ＧＡめっき層の付着量は、通常、Ｚｎ量換算の付着量で評価する。ＧＡめっき層の付着量は、蛍光Ｘ線法による測定で求めることができる。具体的には、蛍光Ｘ線法により、ＧＡめっき層の付着量（Ｚｎ量換算）が既知である数種類の標準試料を用いて検量線を作成し、その検量線に基づき、試料のＺｎ強度をＧＡめっき層の付着量に換算する。
第２鋼板は、母材鋼板の少なくとも一方の面上にＧＡめっき層を有する。例えば図１（ｂ）に示す重ね合わせブランク１０において、第２鋼板２は、第１鋼板１側の面２ｂ上に、ＧＡめっき層を有していてもよく、第１鋼板１とは反対側の面２ａ上に、ＧＡめっき層を有していてもよい。また、第２鋼板２は、母材鋼板の一方の面上のみ（片面上のみ）に、ＧＡめっき層を有していてもよく、母材鋼板の両方の面上（両面上）に、それぞれＧＡめっき層を有していてもよい。
第１鋼板および第２鋼板の板間での液体脆化割れ（ＬＭＥ）抑制という観点では、第２鋼板は、第１鋼板側の面の少なくとも一部に、ＧＡめっき層を有しない領域を有することが好ましい。液体脆化割れ（ＬＭＥ）抑制という観点では、第２鋼板は、第１鋼板側の全面に、ＧＡめっき層を有しないことが特に好ましい。
ＧＡめっき層の形成方法としては、例えば、母材鋼板に対して溶融亜鉛めっき層を形成し、その後合金化処理を行うことによる方法が挙げられる。溶融亜鉛めっき層の形成方法としては、還元炉方式のめっき処理による形成方法が挙げられる。還元炉方式のめっき処理では、通常、前処理工程、焼鈍工程およびめっき工程が行われる。還元炉方式のめっき処理の具体例については、上述した溶融亜鉛めっき層の形成方法で説明した内容と同様である。その後、得られた溶融亜鉛めっき層を母材合金と合金化し、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を形成する合金化処理工程を行う。合金化温度は、例えば、５００℃以上７００℃以下である。さらに、必要に応じて、スキンパス処理、テンションレベラ処理、塗油等の処理を行ってもよい。また、合金化処理工程後に再焼鈍を行なってもよい。
（３）めっき層を有しない鋼板
第２鋼板は、めっき層を有しない鋼板（裸材）であってもよい。この場合、第２鋼板として、例えば、上記「２．第２鋼板 （１）母材鋼板」に記載した母材鋼板と同様の鋼板を用いることができる。
第２鋼板は、めっき層を有しない鋼板（裸材）であってもよい。この場合、第２鋼板として、例えば、上記「２．第２鋼板 （１）母材鋼板」に記載した母材鋼板と同様の鋼板を用いることができる。
（４）第２鋼板
第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である。第２鋼板の板厚は、例えば、０．７ｍｍ以上３．６ｍｍ以下である。
第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である。第２鋼板の板厚は、例えば、０．７ｍｍ以上３．６ｍｍ以下である。
また、第１鋼板の板厚をｔ１（ｍｍ）とし、第２鋼板の板厚をｔ２（ｍｍ）とする。板厚ｔ１および板厚ｔ２は、実質的に同じであってもよく、異なっていてもよい。「板厚ｔ１および板厚ｔ２が実質的に同じ」とは、両者の差の絶対値が、０．１ｍｍ以下であることをいう。一方、「板厚ｔ１および板厚ｔ２が異なる」とは、両者の絶対値の差が、０．１ｍｍより大きいことをいう。この場合、両者の絶対値の差は、０．２ｍｍ以上であってもよく、０．３ｍｍ以上であってもよく、０．５ｍｍ以上であってもよい。
板厚ｔ１および板厚ｔ２が異なる場合、板厚ｔ１は、板厚ｔ２より大きくてもよく、板厚ｔ２より小さくてもよい。前者の場合、厚肉部が相対的に薄くなるため、厚肉部および薄肉部における昇温速度の差も小さくなる。一方、後者の場合、厚肉部が相対的に厚くなるため、厚肉部の高強度化を図ることができる。
また、板厚ｔ１および板厚ｔ２は、（ｔ２／ｔ１）≦２．０を満たしてもよい。（ｔ２／ｔ１）が大きすぎると、厚肉部および薄肉部における昇温速度の差が大きくなり、薄肉部が高温で加熱される時間が長くなりやすい。（ｔ２／ｔ１）は、１．５以下であってもよく、１．３以下であってもよく、１.０以下であってもよく、０．９以下であってもよい。一方、（ｔ２／ｔ１）は、例えば０．３以上である。（ｔ２／ｔ１）が小さすぎると、厚肉部の十分な高強度化を図ることができない可能性がある。
また、第２鋼板のＡｃ３点および第１鋼板のＡｃ３点は、実質的に同じであってもよく、異なっていてもよい。「第２鋼板のＡｃ３点および第１鋼板のＡｃ３点が実質的に同じ」とは、両者の差の絶対値が、１０℃以下であることをいう。「第２鋼板のＡｃ３点および第１鋼板のＡｃ３点が異なる」とは、両者の差の絶対値が、１０℃より大きいことをいう。この場合、両者の差の絶対値は、２０℃以上であってもよく、３０℃以上であってもよい。第２鋼板のＡｃ３点および第１鋼板のＡｃ３点が異なる場合、第２鋼板のＡｃ３点は、第１鋼板のＡｃ３点より低いことが好ましい。第２鋼板のＡｃ３点が第１鋼板のＡｃ３点より低いことで、第２鋼板を高温に曝す時間を短くすることができ、拡散層の発生量を低減できるからである。
３．重ね合わせブランク
本開示における重ね合わせブランクは、ホットスタンプに用いられる。重ね合わせブランクにおいて、第１鋼板および第２鋼板は、接合により固定されていることが好ましい。また、接合としては、例えば溶接が挙げられ、溶接の種類としては、例えば、スポット溶接、レーザー溶接、シーム溶接、プラズマ溶接、アーク溶接が挙げられ、中でもスポット溶接が好ましい。スポット溶接の打点において、第１鋼板および第２鋼板を良好に接触させることができるからである。また、第１鋼板および第２鋼板は、ろう付け等の溶着により固定されていてもよい。
本開示における重ね合わせブランクは、ホットスタンプに用いられる。重ね合わせブランクにおいて、第１鋼板および第２鋼板は、接合により固定されていることが好ましい。また、接合としては、例えば溶接が挙げられ、溶接の種類としては、例えば、スポット溶接、レーザー溶接、シーム溶接、プラズマ溶接、アーク溶接が挙げられ、中でもスポット溶接が好ましい。スポット溶接の打点において、第１鋼板および第２鋼板を良好に接触させることができるからである。また、第１鋼板および第２鋼板は、ろう付け等の溶着により固定されていてもよい。
第１鋼板および第２鋼板が、スポット溶接により固定されている場合、その打点密度は、１点／２００ｃｍ２以上であることが好ましい。打点密度を所定の値以上にすることで、厚肉部において第１鋼板および第２鋼板を良好に接触させることができ、その結果、伝熱性が向上し、厚肉部および薄肉部における昇温速度の差が小さくなる。スポット溶接の打点密度は、１点／４０ｃｍ２以上であってもよい。一方、スポット溶接の打点密度は、例えば１点／１ｃｍ２以下である。打点密度が高すぎると、溶接電流に分流が生じ、溶接が困難になる可能性がある。スポット溶接の打点密度（点／ｃｍ２）は、第２鋼板におけるスポット溶接の打点数を、第２鋼板の面積で除することで求めることができる。
また、ホットスタンプ成形後に曲げ部となる領域に、スポット溶接の打点が位置することが好ましい。曲げ部となる領域に、スポット溶接の打点を配置することで、金型との間に空隙が発生することを抑制できる。具体的に、重ね合わせブランクを用いてホットスタンプを行う場合、曲げ部に応力が掛りやすいことから、金型との間に空隙が発生しやすい。そこで、曲げ部となる領域に、スポット溶接の打点を配置することで、過度な変形を抑制でき、金型との間に空隙が発生することを抑制できる。
Ｂ．ホットスタンプ成形体の製造方法
本開示におけるホットスタンプ成形体の製造方法は、上述した重ね合わせブランクを加熱し、成形するホットスタンプ成形工程を有する。
本開示におけるホットスタンプ成形体の製造方法は、上述した重ね合わせブランクを加熱し、成形するホットスタンプ成形工程を有する。
図３は、本開示におけるホットスタンプ成形体の製造方法を説明する概略斜視図である。図３（ａ）に示すように、まず、第１鋼板１、第２鋼板２および溶接部３を備える重ね合わせブランク１０を準備する。次に、重ね合わせブランク１０をＡｃ３点付近（例えば８００℃以上）まで加熱し、鋼板をオーステナイト化させる。その後、金型を用いて、重ね合わせブランク１０の成形を行う。金型としては、例えば図４に示すように、凸状型３０ａおよび凹状型３０ｂを有する金型３０が挙げられる。
その後、急冷することで鋼板をマルテンサイト化し、図３（ｂ）に示すように、ホットスタンプ成形体２０が得られる。図５は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、ホットスタンプ成形体２０は、底部１１、側壁部１２、第１曲げ部１３、フランジ部１４および第２曲げ部１５を有するハット型成形体である。第１曲げ部１３は、底部１１および側壁部１２を連結する位置に配置され、第２曲げ部１５は、側壁部１２およびフランジ部１４を連結する位置に配置されている。また、図５では、第１鋼板１および第２鋼板２のうち、第２鋼板２が内板となるように成形しているが、図６に示すように、第２鋼板２が外板となるように成形してもよい。
本開示によれば、上述した重ね合わせブランクを用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制できる。そのため、例えば、薄肉部における拡散層の発生量を低減でき、スポット溶接性の低下を抑制できる。
本開示におけるホットスタンプ成形工程は、重ね合わせブランクを加熱し、成形する工程である。重ね合わせブランクについては、上記「Ａ．重ね合わせブランク」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、ホットスタンプ成形工程では、平面視上、第１鋼板および第２鋼板が重複する厚肉部に曲げ加工を行い、曲げ部を形成することが好ましい。厚肉部に曲げ部を形成することで、曲げ部の高強度化を図ることができる。
重ね合わせブランクの加熱方法は、特に限定されないが、例えば、電気炉、ガス炉、遠赤外炉、近赤外炉等による加熱が挙げられる。また、加熱温度は、特に限定されないが、Ａｃ３点以上の温度であることが好ましい。第１鋼板および第２鋼板のＡｃ３点が異なる場合、加熱温度は、より高いＡｃ３点以上の温度であることが好ましい。
加熱温度は、例えば８００℃以上であり、８５０℃以上であってもよい。加熱温度が低すぎると、鋼板のオーステナイト化が十分に進行しない可能性がある。一方、重ね合わせブランクの加熱温度は、例えば１０００℃以下である。加熱温度が高すぎると、酸化スケール等の酸化物が顕著に発生する可能性がある。
加熱時間は、厚肉部の温度が、目的とする温度（例えばＡｃ３点）に達する時間以上の時間であることが好ましい。加熱時間が短すぎると、厚肉部における鋼板のオーステナイト化が十分に進行しない可能性がある。一方、加熱時間の上限は、特に限定されないが、加熱時間が長すぎると拡散層の発生量が増大するため、適宜調整することが好ましい。
ホットスタンプ成形工程では、重ね合わせブランクを加熱した後に成形を行う。成形時における薄肉部の温度は、第１鋼板のＡｃ３点以上であってもよく、第１鋼板のＡｃ３点未満であってもよい。成形に用いられる金型は、公知の金型を用いることができる。金型としては、例えば、冷媒の配管を内蔵した冷却金型が挙げられる。また、本開示におけるホットスタンプ成形体の製造方法は、上述したホットスタンプ成形工程の他に、溶接工程、リン酸系化成工程、電着塗装工程等の他の工程を有していてもよい。
上記工程により得られるホットスタンプ成形体の断面形状は、特に限定されないが、例えば、図５に示すようなハット形状が挙げられる。また、ホットスタンプ成形体の用途としては、例えば車体構成部材が挙げられる。車体構成部材としては、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、トンネルレインフォース、サイドシルレインフォース、ルーフレインフォース、フロアークロスメンバーが挙げられる。
本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。
［実施例１］
成分組成が、質量％で、Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．０３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００７％、Ｃｒ：０．２％、Ｔｉ：０．０２％、Ｂ：０．００３％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である母材鋼板に、溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＩめっき層を形成し、第１鋼板を得た。図７に示すように、第１鋼板１の寸法は、５００ｍｍ×３００ｍｍ、板厚１．６ｍｍであった。
成分組成が、質量％で、Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．０３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００７％、Ｃｒ：０．２％、Ｔｉ：０．０２％、Ｂ：０．００３％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物である母材鋼板に、溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＩめっき層を形成し、第１鋼板を得た。図７に示すように、第１鋼板１の寸法は、５００ｍｍ×３００ｍｍ、板厚１．６ｍｍであった。
次に、上記と同様の成分組成を有する母材鋼板に、合金化溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＡめっき層を形成し、第２鋼板を得た。図７に示すように、第２鋼板２の寸法は、１００ｍｍ×１００ｍｍ、板厚１．６ｍｍであった。得られた第１鋼板および第２鋼板を溶接して、重ね合わせブランクを得た。
［実施例２］
第２鋼板として、実施例１と同様の母材鋼板（裸材）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
第２鋼板として、実施例１と同様の母材鋼板（裸材）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
［比較例１］
実施例１と同様の母材鋼板に、合金化溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＡめっき層を形成し、第１鋼板を得た。得られた第１鋼板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
実施例１と同様の母材鋼板に、合金化溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＡめっき層を形成し、第１鋼板を得た。得られた第１鋼板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
［比較例２］
実施例１と同様の母材鋼板に、溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＩめっき層を形成し、第２鋼板を得た。第２鋼板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
実施例１と同様の母材鋼板に、溶融亜鉛めっきを行い、両面にＧＩめっき層を形成し、第２鋼板を得た。第２鋼板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
［比較例３］
第１鋼板および第２鋼板として、それぞれ、実施例１と同様の母材鋼板（裸材）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
第１鋼板および第２鋼板として、それぞれ、実施例１と同様の母材鋼板（裸材）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして重ね合わせブランクを得た。
［評価］
実施例１、２および比較例１〜３で得られた重ね合わせブランクを、９００℃に加熱したガス炉に配置して加熱した。この際、厚肉部および薄肉部の温度変化を熱電対で測定し、９００℃までの到達時間を測定した。その結果を表１に示す。また、代表的な結果として、実施例１および比較例１、２における厚肉部および薄肉部の温度変化を、それぞれ図８〜図１０に示す。
実施例１、２および比較例１〜３で得られた重ね合わせブランクを、９００℃に加熱したガス炉に配置して加熱した。この際、厚肉部および薄肉部の温度変化を熱電対で測定し、９００℃までの到達時間を測定した。その結果を表１に示す。また、代表的な結果として、実施例１および比較例１、２における厚肉部および薄肉部の温度変化を、それぞれ図８〜図１０に示す。
［評価］
表１および図８〜図１０に示すように、実施例１、２は、比較例１〜３に比べて、到達時間の差が短くなった。具体的に、実施例１は、比較例１に比べて約２０％も到達時間の差が短くなり、比較例２に比べて約４０％も到達時間の差が短くなった。同様に、実施例２は、比較例２、３に比べて約４０％も到達時間の差が短くなった。このように、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクとすることができることが確認された。
表１および図８〜図１０に示すように、実施例１、２は、比較例１〜３に比べて、到達時間の差が短くなった。具体的に、実施例１は、比較例１に比べて約２０％も到達時間の差が短くなり、比較例２に比べて約４０％も到達時間の差が短くなった。同様に、実施例２は、比較例２、３に比べて約４０％も到達時間の差が短くなった。このように、第１鋼板および第２鋼板として、特定の鋼板を組み合わせて用いることで、高温で薄肉部が長時間加熱されることを抑制可能な重ね合わせブランクとすることができることが確認された。
１ … 第１鋼板
２ … 第２鋼板
３ … 溶接部
１０ … 重ね合わせブランク
１１ … 底部
１２ … 側壁部
１３ … 第１曲げ部
１４ … フランジ部
１５ … 第２曲げ部
２０ … ホットスタンプ成形体
２ … 第２鋼板
３ … 溶接部
１０ … 重ね合わせブランク
１１ … 底部
１２ … 側壁部
１３ … 第１曲げ部
１４ … フランジ部
１５ … 第２曲げ部
２０ … ホットスタンプ成形体
Claims (8)
- ホットスタンプに用いられる重ね合わせブランクであって、
第１鋼板と、前記第１鋼板の一方の面上に配置され、前記第１鋼板よりも面積が小さい第２鋼板と、を備え、
前記第１鋼板は、溶融亜鉛めっき層（ＧＩめっき層）を有するめっき鋼板であり、
前記第２鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡめっき層）を有するめっき鋼板、または、めっき層を有しない鋼板である、重ね合わせブランク。 - 前記第１鋼板における前記ＧＩめっき層の片面当たりの付着量は、２０ｇ／ｍ２以上である、請求項１に記載の重ね合わせブランク。
- 前記第２鋼板における前記ＧＡめっき層の片面当たりの付着量は、９０ｇ／ｍ２以下である、請求項１または請求項２に記載の重ね合わせブランク。
- 前記第１鋼板および前記第２鋼板は、接合により固定されている、請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の重ね合わせブランク。
- 前記接合は、スポット溶接またはレーザー溶接である、請求項４に記載の重ね合わせブランク。
- 前記第２鋼板のＡｃ３点は、前記第１鋼板のＡｃ３点より低い、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の重ね合わせブランク。
- 請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の重ね合わせブランクを加熱し、成形するホットスタンプ成形工程を有する、ホットスタンプ成形体の製造方法。
- 前記ホットスタンプ成形工程において、平面視上、前記第１鋼板に対して前記第２鋼板が重複する厚肉部に曲げ加工を行い、曲げ部を形成する、請求項７に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| WO2023102648A1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-15 | Magna International Inc. | Hot stamping system and method |
| JP7444305B1 (ja) | 2023-02-10 | 2024-03-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| EP3733321A4 (en) | 2018-04-06 | 2021-10-20 | Nippon Steel Corporation | LAYERED BLANK FOR HOT STAMPING, PROCESS FOR MANUFACTURING A MULTI-LAYER HOT STAMPING BODY AND MULTI-LAYER HOT STAMPING MOLDED BODY |
-
2020
- 2020-03-30 JP JP2020059754A patent/JP7477753B2/ja active Active
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