JP4551300B2 - 高強度部品の製造方法 - Google Patents
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しかしながら、成形後に加熱・急速冷却を行うと形状精度に問題が生じる可能性がある。この欠点を克服する技術としては、鋼板をオーステナイト単相域に加熱し、その後プレス成形過程にて冷却を施す技術が非特許文献1や特許文献4に開示されている。
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
(1)質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で10%以下、かつ露点が30℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト変態が生じる温度より高い温度で成形を開始し、成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後に部品の一部を溶融して切断する加工を施すことを特徴とする高強度部品の製造方法。(2)前記部品の一部を溶融して切断する加工方法として、レーザー加工を行うことを特徴とする(1)に記載の高強度部品の製造方法。
(3)前記部品の一部を溶融して切断する加工方法として、プラズマ切断加工を行うことを特徴とする(1)に記載の高強度部品の製造方法。
(4)質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で10%以下、かつ露点が30℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト変態が生じる温度より高い温度で成形を開始し、成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後、機械加工にて穴加工や部品周囲の切断を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
(5)前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、Cr:0.01〜1.2%、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の高強度部品の製造方法。
(6)前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、B:0.0002%〜0.0050%、Ti:(3.42×N+0.001)%以上、3.99×(C-0.1)%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の高強度部品の製造方法。
(7)前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、Cr:0.01〜1.2%、B:0.0002%〜0.0050%、Ti:(3.42×N+0.001)%以上、3.99×(C-0.1)%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の高強度部品の製造方法。
(8)前記鋼板が、アルミめっき、アルミ−亜鉛めっき、亜鉛めっきのいずれかを施したものであることを特徴とする(1)乃至(7)のいずれかに記載の高強度部品の製造方法。
水素量が体積分率で10%以下としたのは、水素量が制限以上であった場合には、加熱中に鋼板中に進入する水素量が多量となり、耐水素脆化特性が低下するためにである。また、雰囲気中の露点を30℃以下としたのは、これ以上の露点である場合には加熱中に鋼板中に進入する水素量が多量となり、耐水素脆化特性が低下するためにである。
成形開始温度をフェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト変態が生じる温度より高い温度としたのはその温度以下で成形した場合には成形後の硬度が不十分であるためである。
成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後に部品の一部を溶融して切断する加工を施すとしたのは、部品の一部を溶融して切断する加工を行うと加工後の残留応力が小さく、耐水素脆化特性が良好であるためである。
成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後、機械加工にて穴加工や部品周囲の切断を行うこととしたのは、切削などの機械加工では加工後の残留応力が小さく、耐水素脆化特性が良好であるためである。
機械加工にて穴加工や部品周囲の切断を行う方法としては、いかなる方法を用いても良いが、工業的には経済性に優れるドリル加工や金鋸による切断を用いることが望ましい。
Cは冷却後の組織をマルテンサイトとして材質を確保するために添加する元素であり、強度1000MPa以上を確保するためには0.1%以上添加することが望ましい。ところが、添加量が多すぎると、衝撃変形時の強度確保が困難となるため、その上限を0.55%が望ましい。
Mnは強度および焼入れ性を向上させる元素であり、0.2%未満では焼入れ時の強度を十分に得られず、また、3%を超えて添加しても効果が飽和するため、Mnは0.2〜3%の範囲が望ましい。
Alは溶鋼の脱酸材として使われる必要な元素であり、またNを固定する元素でもあり、その量は結晶粒径や機械的性質に影響を及ぼす。このような効果を有するためには0.005%以上の含有量が必要であるが、0.1%を超えると非金属介在物が多くなり製品に表面疵が発生しやすくなる。このため、Alは0.005〜0.1%の範囲が望ましい。
Pは溶接割れ性および靱性に悪影響を及ぼす元素であるため、Pは0.03%以下が望ましい。なお、好ましくは、0.02%以下である。また、更に好ましくは0.015%以下である。
Oについては特に規定しないがは過度の添加は靱性に悪影響を及ぼす酸化物の生成の原因となるとともに、疲労破壊の起点となる酸化物を生成するため、0.015%以下の含有が望ましい。
Bはプレス成形中あるいはプレス成形後の冷却での焼入れ性を向上させる目的でに添加しても良い。この効果を発揮させるためには0.0002%以上の添加が必要である。しかしながら、この添加量がむやみに増加すると熱間での割れの懸念があることや、その効果が飽和するためその上限は0.0050%が望ましい。
スクラップから混入すると考えられるNi, Cu, Snなどの元素が含有してもよい。更に介在物の形状制御の観点からCa, Mg, Y, ,As, Sb, REMを添加してもよい。さらに強度を向上する目的でTi, Nb, Zr, Mo, Vを添加してもよいが、これらの元素がむやみに増加するとこれらの元素と結合していないC量が減少し冷却後に十分な強度が得られなくなるため、各々1%以下の添加が望ましい。
その他、不可避的に含まれる不純物が含有しても特に問題は生じない。
50%が適している。また、アルミめっき層中にMgやZnが混在しても、アルミ−亜鉛めっき層中にMgが混在しても特に問題なく同様の特性の鋼板を製造することができる。なお、めっき工程における雰囲気については、無酸化炉を有する連続式めっき設備でも無酸化炉を有しない連続式めっき設備でも通常の条件とすることでめっき可能であり、本鋼板だけ特別な制御を必要としないことから生産性を阻害することもない。また、亜鉛めっき方法であれば、溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっきなどいかなる方法と取っても良い。以上の製造条件ではめっき前に鋼板表面に金属プレめっきを施していないが、NiプレめっきやFeプレめっき、その他めっき性を向上させる金属プレめっきを施しても特に問題は無い。また、めっき層表面に異種の金属めっきや無機系、有機系化合物の皮膜などを付与しても特に問題は無い。
熱間成形後は図5に示す位置に直径10mmφの穴を設けた。図5は部品を上方から見た形状を示す。図5中の凡例を示す。1:部品、2:穴加工部。加工方法としてはレーザー加工、プラズマ切断、ドリル加工、コンターマシーンによる金鋸での切断を行った。加工方法は表3に合せて示す。表中の凡例を示す。レーザー加工:「L」、プラズマ切断:「P」、ガス溶断「G」、ドリル加工:「D」、金鋸:「S」。以上の加工は熱間成形後30分以内に実施した。耐水素脆化特性の評価基準は後加工の1週間後に穴を全周観察し、割れの有無を判定した。観察はルーペもしくは電子顕微鏡を用いて行った。判定結果は表3に合せて示した。
硬度低下率=(切断面から100mm離れた位置の硬度)−(切断面から3mm離れた位置の硬度)/(切断面から100mm離れた位置の硬度)×100 (%)
その際の凡例は、硬度低下率10%未満:◎、硬度低下率10%以上、30%未満:〇、硬度低下率30%以上、50%未満:△、硬度低下率50%以上:×
実験番号559〜564は溶断方法を変化させた実験である。雰囲気が本発明の範囲であり、溶断加工であるために割れは発生していないものの、実験番号561, 564は切断部近傍の硬度が低下していることがわかる。これより請求項2,3に示した溶断方法が熱影響が小さいことで優れていることがわかる。
2 パンチ
3 成形品
4 穴加工部
Claims (8)
- 質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で10%以下、かつ露点が30℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト変態が生じる温度より高い温度で成形を開始し、成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後に部品の一部を溶融して切断する加工を施すことを特徴とする高強度部品の製造方法。
- 前記部品の一部を溶融して切断する加工方法として、レーザー加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の高強度部品の製造方法。
- 前記部品の一部を溶融して切断する加工方法として、プラズマ切断加工を行うことを特徴とする請求項1に記載の高強度部品の製造方法。
- 質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で10%以下、かつ露点が30℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト、パーライト、ベイナイト、マルテンサイト変態が生じる温度より高い温度で成形を開始し、成形後に金型中にて冷却して焼入れを行い高強度の部品を製造した後、機械加工にて穴加工や部品周囲の切断を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
- 前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、Cr:0.01〜1.2%、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
- 前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、B:0.0002%〜0.0050%、Ti:(3.42×N+0.001)%以上、3.99×(C-0.1)%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
- 前記鋼板の化学成分が質量%で、C:0.05〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1.0%以下、Al:0.005〜0.1%、S:0.02%以下、P:0.03%以下、Cr:0.01〜1.2%、B:0.0002%〜0.0050%、Ti:(3.42×N+0.001)%以上、3.99×(C-0.1)%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
- 前記鋼板が、アルミめっき、アルミ−亜鉛めっき、亜鉛めっきのいずれかを施したものであることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
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