JP2685576B2 - 成形性に優れたプレス用薄鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 鋼板の表面粗さパターンの方向を制御することによっ
て、鋼板の表面性状に異方性を付与して、絞りや張り出
しなどの加工性改善を図った表面摩擦異方性加工用鋼板
を提案しようとするものである。

一般に薄鋼板、特に冷延鋼板は、その多くが絞りや張
り出し加工などの機械的加工によって目的とする形状を
得た後、塗装処理等が施されて使用に供される。このよ
うな加工用薄鋼板材料は、あくまで均一、かつ等方的で
あることが最良であると考えられてきた。

しかしながら現実的にみると、鋼板の引張特性などは
強い面内異方性を有しているのが常であり、このため、
鋼板の特性を改善するにあたっては、その異方性を小さ
くすることがまず肝要であるとされてきた。

たとえばｒ値は絞り性向上に重要であるが、その値は
結晶方位に強く依存するため、その面内方向の制御は非
常に重要であるのに対しかなり難しいことが知られてい
る。そして現在でも、異方性についてはその制御に多く
の努力がはらわれているが、十分に制御されているとは
いいがたい。

＜従来の技術＞ 従来の鋼板についてはミクロにもマクロにも均一かつ
等方的であることのみが強く要求されていた。したがっ
て鋼板表面へ粗度付与を目的とする調質圧延に用いられ
るロールの粗面化方法も、ショットブラスト法、放電ダ
ル加工法そして最近実用化されたレーザーダル加工法
（特開昭62−11922号公報など）いずれをとっても、ま
ず均一な粗度表面を得ることを目的とするものに限られ
る。しかしながら、このような従来の技術では最近の加
工用鋼板に対する多様な要求を満足することができなく
なってきている。

その一つと例として、加工法が非常に厳しい深絞り加
工性を要求される場合を挙げることができる。すなわち
非常に深く、かつ均一な絞り加工性が要求されるときに
は材質、特にｒ値を現状技術の限界近くまで制御して
も、なおかつ得られる特性が不十分の場合がある。

＜発明が解決しようとする課題＞ 絞り加工用あるいは張り出し加工用鋼板に関し、その
永年にわたる努力にも拘らず、むしろ回避不可能とも目
される内質の異方性改善によるのではなく、それによる
影響に対して、匹敵ないしは凌駕する表面性状の異方性
を適切に制御することによって、有効な加工性改善の実
を挙げることがこの発明の目的である。

＜課題を解決するための手段＞ すなわち、本発明は、平均あらさが0.2μｍ以下の平
坦部が鋼板表面の30％以上を占め、その中に平坦部より
の深さが１μｍ以上の凹部が分布する表面粗度構造を有
し、鋼板特性の異方性の影響をキャンセルし、成形限界
を上昇させるように鋼板の摺動特性を異方的に制御した
ことを特徴とする成形性に優れたプレス用薄鋼板を提供
するものである。

上記鋼板が深絞り成形用鋼板である場合には、鋼板の
表面粗度をｒ値の最も小さい方向に凹部が密に配列する
ように制御するようにするのが好ましい。

また、上記鋼板が張り出し成形用鋼板である場合に
は、鋼板の表面粗度を伸びの最も小さい方向に凹部が密
に配列するように制御するのがよい。

さらに、凹部と平坦部の成す角度がもっとも小さくな
る方向と上記凹部の密配列方向とが一致するようにする
のが好ましい。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

薄鋼板の特性は、本来等方的であるのが最良であると
考えられていた。しかし、実際は、鋼板の引張特性にお
いても、圧延方向に対する角度によって異なった値を示
すことは知られている。この影響は、たとえば円筒に絞
った時に耳の発生として顕在化する。第４図に示すよう
にして、型１により鋼板２を成形するとき、鋼板が等方
性を有すれば、第5a図に示すように耳は発生しないが、
異方性を有すれば第5b図に示すように耳が発生する。た
とえばｒ値（ランクフォード値）が小さい方向は変形し
にくいので、その方向に耳が発生しやすい。

さらに、実際のブランキング形状は、目的のプレス部
品に対してフランジ寸法は等方的になっているわけでは
なく、コーナー部のフランジは一般に大きくなることが
多い。第２図にはブランキング方法を示すが、円筒形絞
り加工の時に、ポンチに対して等方的なブランキング形
状にしようとすると、Ｘで示すように丸形のブランクを
形成する必要がある。しかしこれでは材料のムダが多
く、歩留低下につながる。そこで、Ｙで示すように方形
のブランクを形成すると、第３図に示すように、3a部分
と3b部分とでは円筒ポンチに対してフランジ長さが大幅
に異なるために、成形後のフランジ長さも不均一とな
り、トレミングを多く取ることになる。さらに材料特性
上の異方性が加わると、方形のブランクから円筒体を成
形するのはさらにむずかしく、材料の有効利用は困難で
ある。そこで、3b部分では摺動抵抗などを小さくして材
料が円筒形状に流れ込み易いように、材料の持つ特性を
補ってやれば、第5a図にて説明したような耳の発生のな
いものが得られ、材料の有効利用を図ることができる。

さらに、材料特性の異方性とフランジ長さの不均一性
を考慮して、材料の流入込み性、すなわち摺動性を異方
性に制御すれば、成形限界の拡大にも効果がある。

従来、このような深絞り加工による異方性を改善する
方法としては、ｒ値やEl値などの素材の内質を改善する
しかないとされてきたのである。しかしながら鋼板の内
質の面内異方性を制御することには限界があり、完全に
制御することはほとんど不可能であった。

従来の鋼板表面粗さ、とくにプレス用鋼板の表面粗さ
は等方的であることを大前提としてきたのに対して、本
発明では等方性と異方性を使い分けることの有用性に着
目したものである。

本発明においては、平均粗さRaが0.2μｍ以下の平坦
部が鋼板表面の30％以上を占め、その中に平坦部よりの
深さが１μｍ以上の凹部が分布する表面粗度構造を有
し、鋼板特性の異方性の影響をキャンセルし、成形限界
を上昇させるように鋼板の摺動特性を異方的に制御す
る。

これを説明するため、第1a図に本発明の鋼板の一構成
例の平面図、および第1b図に第1a図のＩ−Ｉ線での段面
の表面形状を示す２次元粗度プロファイルの線図を示
す。第1b図において、l₁,l₂,l₃,l₄は所定の長さｌ内に
含まれる平坦部10であり、V₁,V₂は平坦部10内に分布す
る凹部11の最近接間隔である。

平坦部とはRaが0.2μｍ以下の部分を意味し、これが3
0％以上とは、（l₁＋l₂＋l₃＋l₄）/l≧0.3であることを
意味する。これらは２次元粗度プロファイルから求める
か、３次元粗度データを用いた鋼板表面の画像処理解析
により得られる。平坦部の面積率が30％未満であると、
凹部を特性方向に密に配列することによる摺動性の異方
性効果が得られないので好ましくない。

平坦部より１μｍ以上低い凹部の最近接間隔が40〜40
0μｍとなるように上記凹部を鋼表面上に配置するのが
好ましい。すなわち、40μｍ≦V₁,V₂≦400μｍにする。
この範囲をはずれると、摺動時の耐かたかじり性と異方
的な摺動性の効果のバランスが悪くなる。

そして凹部の最近接間隔方向を特定方向、すなわち鋼
板が本来持つ特性値の異方性の影響をキャンセルし、成
形限界を上昇させる方向に一致させる。凹部の最近接間
隔方向とは、凹部が密に配列する方向であり、例えば第
1a図に示すＡ方向である。Ａ方向は絞り加工のような成
形加工時に、第４図に示すように型と鋼板間の摺動抵抗
が小さくなる、すなわち摩擦係数が小さくなる方向であ
り、成形時に材料が流れ込み易くなる方向である。

また、特定方向とは、鋼板材料の特性（ｒ値,El値な
ど）の大きいあるいは小さい方向を意味する。例えば、
第1a図のＡ方向を鋼板材料のｒ値の小さい方向に、ある
いは伸びの少ない方向に一致させれば、あるいは第３図
に示す3b方向に第1a図のＡ方向を一致させれば、成形加
工（絞り加工、張り出し加工など）時に材料が流れ込み
やすくなり、第２図および第３図につき説明したような
材料の有効利用を図ることができるようになる。

上記鋼板が張り出し成形用鋼板である場合には、鋼板
の表面粗度を伸びの最も小さい方向に、凹部が密に配列
するように制御し、上記鋼板が深絞り成形用鋼板である
場合には、鋼板の表面粗度をｒ値の最も小さい方向に、
凹部が密に配列するように制御する。

上記特定方向は、鋼板製造時に形成される内的特性に
由来するものである。たとえば鋼板の圧延方向Ｌ、これ
に直角をなすＣ方向、ＬおよびＣに45゜をなすＤ方向そ
れぞれにｒ値,El値などは異なる。これらのいずれかの
方向を特定方向として選択することもできる。

さらに、表面粗度製造において、凹部と平坦部となす
角度が最小値となる方向も、凹部の最近接間方向と一致
するようにするのがよい。

第1c図および第1d図を用いて説明する。

すなわち、第1c図は、第1a図のII−II線での、つまり
凹部最近接間隔方向での断面の表面形状を示す線図であ
る。これに対し、第1d図は第1a図のIII−III線での、す
なわち最近間隔方向ではない方向での断面の表面形状を
示す線図である。また、θ₁,θ_２はともに平坦部と凹部
をなす角度であり、本発明においては、θ_１がθ_２より
小さくするのがよく、最も好ましくは最小値になるよう
にするのがよい。この理由は、成形時に使用される油
が、凹部内から型との摺動面、すなわち平坦部（凸部も
含む）に供給され易くなるようにするためである。

本発明が適用される鋼板は冷延鋼板、熱延鋼板および
その表面処理鋼板でもよい。第1a図〜第1d図につき述べ
たような本発明の特徴を有する鋼板を製造するには、調
質圧延によって制御するのが望ましい。その場合、レー
ザーダル加工を施したロールを用いるのが効果的であ
る。しかし、本発明においては特に製造手段を限定する
ものではなく、粗度の管理指標を開示するものであり、
本発明の粗度範囲であれば同様に効果が得られる。レー
ザーダルの場合、ブライトロールにレーザーでダル加工
を施して、鋼板に与えようとする凹凸パターンを形成す
る。このダル加工ロールを所望の転写率となるような圧
下率にて鋼板に押し付ける。これにより転写率が所望の
範囲となった時、本発明の粗度範囲が得られ、成形性に
優れた鋼板が得られる。

＜実施例＞ 以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１） 表１に示すような表面粗度構造を有する鋼板を作製
し、第６図に示すような33mmφの円筒カップをプレス成
形し、圧延方向Ｌ、圧延方向に90゜をなすＣ方向おそび
圧延方向に45゜をなすＤ方向についての特性を測定し
た。その結果もあわせて表１に示す。

比較鋼１は、当方性であるためにＬおよびＣ方向で耳
高さ差が大きく、結果的に耳高さ差が8mmもあったが、
発明鋼１では、凹部をＤ方向に密に配列してあるので、
耳高さ差は3mmに減少した。

比較鋼２は、凹部の最近接方向をＤ方向に指向させて
あるが、Ra≦0.2μｍの面積率が小さいために型かじり
が生じ、耳高さ差も7mmと減少していない。

比較鋼３は、凹部の最近接方向をＤ方向に指向させて
あるが、凹部の間隔が大きすぎて、異方粗度の効果が小
さいため、やはり耳高さ差は5mmあり、あまり減少して
いない。

発明鋼２は、凹部の最近接間隔方向がＤ方向であり、
さらに平坦部と凹部のなす角度もＤ方向に小さくなって
いるために、耳高さ差が1mmと極めて小さくなってい
る。

（１）平均あらさRaおよび平坦度面積率 ３次元粗度曲線を測定し、このデータを画像処理装置
ルーゼックス5000を用いて解析することによって平坦度
面積率を測定した。

Raは従来の２次元粗度での定義を３次元粗度におきか
えて測定している。すなわち、 ここで、Ｓ＝Ｌ×Ｌ （２）凹部の最近接間隔 ３次元粗度生データをルーゼックス5000を用いて画像
解析し、平坦部と凹部凸部に分離した後、凹部凸部の最
近接間隔を測定した。

（実施例２） 表２に示すような表面粗度構造を有する鋼板を作製
し、第７図に示すような張り出し加工を行い、L,D,C方
向における特性を測定した。結果もあわせて、表２に示
す。

なお、成形高さとは、割れが発生しない最大成形高さ
を意味する。

比較鋼１は等方性であるために成形高さが43にすぎな
いが、発明鋼１では成形高さが49にも向上した。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、鋼板自体の持つｒ値,El値などの特
性に伴う成形加工上の不利な点を、表面特性を付加する
ことによって軽減することができ、成形加工性の改善に
利用できる、材料の節約などを多くの利点をもたらす。

【図面の簡単な説明】

第1a図は、本発明の鋼板の一構成例を示す平面図であ
る。 第1b図は、第1a図のＩ−Ｉ線での断面の表面形状を示す
線図である。 第1c図および第1d図は、それぞれ第1a図のII−II線およ
びIII−III線での断面の表面形状を示す線図である。 第２図は、鋼板からブランクを取る例を示す線図であ
る。 第３図は、方形ブランクを成形するときの説明をするた
めの線図である。 第４図は、円筒絞り加工時における鋼板の変形状態を示
す模式図である。 第5a図はカップ絞り時の耳発生がない場合の、第5b図は
耳が発生する場合の状態を示す模式図である。 第６図および第７図はそれぞれ、深絞り加工および張り
出し加工条件を示す線図である。 符号の説明 １……型、 ２……鋼板、 10……平坦部、 11……凹部

フロントページの続き (72)発明者 阿部 英夫 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均あらさが0.2μｍ以下の平坦部が鋼板
   表面の30％以上を占め、その中に平坦部よりの深さが１
   μｍ以上の凹部が分布する表面粗度構造を有し、鋼板特
   性の異方性の影響をキャンセルし、成形限界を上昇させ
   るように鋼板の摺動特性を異方的に制御したことを特徴
   とする成形性に優れたプレス用薄鋼板。
2. 【請求項２】上記鋼板が深絞り成形用鋼板である場合に
   は、鋼板の表面粗度をｒ値の最も小さい方向に凹部が密
   に配列するように制御した請求項１に記載の成形性に優
   れたプレス用薄鋼板。
3. 【請求項３】上記鋼板が張り出し成形用鋼板である場合
   には、鋼板の表面粗度を伸びの最も小さい方向に凹部が
   密に配列するように制御した請求項１に記載の成形性に
   優れたプレス用薄鋼板。
4. 【請求項４】さらに、凹部と平坦部の成す角度がもっと
   も小さくなる方向と上記凹部の密配列方向とが一致する
   ようにした請求項２または３に記載の成形性に優れたプ
   レス用薄鋼板。