JP4700284B2 - ホットプレス用鋼板の加圧成形方法 - Google Patents
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Description
しかし、この製品を製造するために、高張力鋼板を金型を用いてプレス成形する場合、加工後の製品にスプリングバック(元の状態に戻ろうとする変形)、壁そり等が発生し、プレス成形後の形状凍結(形状保持)性が悪く、良好な品質を備えた製品を製造することが難しかった。
このため、例えば、予めスプリングバック量等を考慮した金型の形状修正を行ったり、形状修正のための加工工程を増やしたりしていたが、コストが増加して経済的でなかった。
そこで、加熱された鋼板を、熱間状態で金型によりプレス成形(ホットプレス、ホットスタンプ、ダイクエンチともいう)することで、鋼板を金型による焼入れで高張力鋼にし、しかも形状凍結性が良好な製品を製造する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
このため、鋼板の焼入れを確実に実施しようとすることで、鋼板の冷却に要する時間が必要以上に長くなり、製品の生産性が低下する問題が生じていた。このとき、製品の生産性を高めるため、予測時間を短くし、冷却が終了したか否かを判断するための鋼板の温度測定を繰り返し行うことも可能であるが、作業性が良好でない。
このように、鋼板の焼入れ時間を明確な判断基準を設けることなく行うことは、製品の生産性の低下や、作業性の悪化を招く恐れがある。
Y≧22×h+0.04×T−43
ここで、Yはプレスしながら焼入れ成形する時間(秒)であって金型によるプレス時間t1とプレスされた鋼板をそのままの状態で金型内で保持し冷却する冷却時間t2との合計時間である。hは鋼板の板厚(mm)、Tはプレス開始時の鋼板の温度(℃)である。
また、金型は、加熱された鋼板が接触した場合に焼入れ可能な材質で構成されたものであり、例えば、鋼製等のものを使用できる。
従って、製品の生産性を高め、しかも経済的に高張力鋼で構成される製品を製造するためには、鋼板の加熱温度を、850〜1100℃とすることが好ましく、更には850〜1000℃とすることが好ましい。
なお、焼入れに必要な時間の上限値については設定してないが、生産性を高めることを考慮すれば、例えば、焼入れに必要な時間Y+10(秒)程度とすることが好ましい。
請求項2記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、プレス時間t1とは、金型による鋼板の成形中の時間を意味し、金型の鋼板に対する接触面が、まだ鋼板の表面全体に接触してない時間を示す。また、冷却時間t2とは、製品形状に加工された鋼板を金型内で保持し冷却する時間を意味し、金型の鋼板に対する接触面が、鋼板の表面全体に接触している時間を示す。
また、鋼板の板厚と鋼板の温度から焼入れに必要な冷却時間を求めることができるので、各条件に応じた適切な冷却時間を設定でき、過剰な冷却、又は冷却不足を招くことなく焼入れ成形できる。これにより、安定した品質を備える製品を、従来よりも製造時間の短縮を図って製造できるので、品質が良好な製品の歩留り及び生産性を従来よりも高めることができる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法での焼入れに必要な時間を示す説明図、図2(A)は同ホットプレス用鋼板の加圧成形方法を適用する金型の説明図、(B)は使用時における金型温度の推移の説明図、図3は鋼板の板厚が1.0mm、鋼板の温度が850℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図、図4は鋼板の板厚が1.6mm、鋼板の温度が950℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図、図5は本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法における焼入れ条件の説明図である。
次に、図2(A)に示すように、加熱された鋼板10を、所定形状(例えば、自動車のバンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材等を製造可能な形状)の金型11でプレスする。
この金型11を用いて、軟質相(ベイナイト、パーライト等)への変態前の温度(冷却開始温度:例えば800℃以上)を維持した鋼板10をプレスする。
Y≧22×h+0.04×T−43 ・・・・・(1)
ここで、Yは焼入れに必要な時間(秒)、hは鋼板の板厚(mm)、Tはプレス開始時の鋼板の温度(℃)である。
ここで、金型11を用いてプレスしながら焼入れする条件式を、前記(1)式に設定した理由について説明する。
まず、図3に示すように、加熱される鋼板10の板厚hが1.0mm、鋼板10の温度Tが850℃の場合、焼入れに必要な時間Y、即ち金型11によるプレス時間t1とプレス後に金型11内で保持する金型冷却時間t2との合計時間が13秒以上必要であることがわかる。また、図4に示すように、加熱される鋼板10の板厚hが1.6mm、鋼板10の温度Tが950℃の場合、焼入れに必要な時間Yが31秒以上必要であることがわかる。
図1から明らかなように、各加熱温度において、焼入れに必要な時間Yと鋼板の板厚hとの関係を示す関係式、「Y=22×h+0.04×T−43」が得られる。この関係式を用いることで、各加熱温度及び各鋼板の板厚から焼入れに最低限必要な時間が求まる。
以上のことから、この焼入れに必要な時間は、(1)式で表される。
ここで、プレス時間t1は、金型11の鋼板10に対する接触面が鋼板10の表面全体に接触してない時間であり、また、冷却時間t2は、金型11の接触面が鋼板10の表面全体に接触している時間を示している。このため、冷却時間t2をプレス時間t1より長くすることで、冷却効果を高めた冷却時間を長くでき、製品の生産性を更に高めることができる。
ここで、鋼板10に適用可能な鋼種、例えば、炭素(C)を0.24質量%、ホウ素(B)を20ppm含む鋼の連続冷却変態図(CCT曲線)を示す図5を参照しながら説明する。なお、図5では、鋼板の温度を縦軸、鋼板の冷却時間を横軸にとっており、950℃の鋼板を冷却速度を1〜100℃/秒にそれぞれ設定して、各経過時間毎に鋼板の温度を示したものである。また、図5の下側矩形枠内の数字はビッカース硬度(Hv)を示し、冷却速度30℃/秒以上において曲線を横切る3本の折れ線は鋼板中のマルテンサイト量(質量%)を示すものである。
即ち、300℃は、マルテンサイト変態の終了温度なので、焼入れの終了温度が300℃以下であれば、オーステナイト変態させた鋼板を、マルテンサイト変態させることができる。また、金型での焼入れ時の冷却速度が30℃/秒以上であれば、マルテンサイト変態が終了するまで、オーステナイト変態させた鋼板の軟質相(例えば、ベイナイト、パーライト)への変態を抑制できる。
なお、鋼板10に適用可能な鋼種、例えば、炭素(C)を0.22質量%、ホウ素(B)を20ppm含む鋼についても同様である。
なお、金型11を繰り返し使用し鋼板10を連続的にプレスした場合、図2(B)に示す伝熱解析の結果からも明らかなように、100回の連続プレスで鋼板及び金型の温度(鋼板温度:約230℃程度)が安定するため、金型11表面からの強制冷却を行うことなく、金型11を使用して鋼板10を連続的に焼入れ成形できる。ここで、伝熱解析は、例えば、鋼板の板厚hを1.0mm、1.2mm、1.6mm、プレス開始時の鋼板の温度Tを850℃、900℃、950℃、金型の初期温度を25℃、金型と鋼板の間の熱伝達係数を4500kcal/m2 /Hr/℃(T≧500℃)、1200kcal/m2 /Hr/℃(T<500℃)に設定した条件を使用し、図2(A)中の点線部分について行っている。
しかし、金型の冷却効果を更に高めるため、例えば、金型内部に冷却管を複数設けたり、冷却管内を流れる冷却水の流量を多くすることも可能である。
以上の方法により、鋼板10を焼入れ成形することで、例えば、硬度がHv470(約1500MPa)程度の高張力鋼で構成される製品を製造できる。
また、前記実施の形態においては、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のように、自動車の構造部材、補強部材等を製造するホットプレス用鋼板の加圧成形方法について説明した。しかし、所定の形状に加工された高張力鋼を使用する分野、例えば、車両、重機、船舶等の構造部材、補強部材等を製造するために、本発明のホットプレス用鋼板の加圧成形方法を適用することも勿論可能である。
Claims (2)
- 板厚が1〜1.6mmのホットプレス用の鋼板を850〜1200℃の温度範囲内に加熱し、この鋼板を以下の式を満足する条件で、冷却される金型を用いて連続的にプレスしながら焼入れ成形するにあたり、前記金型での焼入れの終了温度が300℃以下、且つ該金型での焼入れ時の冷却速度が30℃/秒以上であることを特徴とするホットプレス用鋼板の加圧成形方法。
Y≧22×h+0.04×T−43
ここで、Yはプレスしながら焼入れ成形する時間(秒)であって金型によるプレス時間t1とプレスされた鋼板をそのままの状態で金型内で保持し冷却する冷却時間t2との合計時間である。hは鋼板の板厚(mm)、Tはプレス開始時の鋼板の温度(℃)である。 - 請求項1記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、前記冷却時間t2を前記プレス時間t1より長くすることを特徴とするホットプレス用鋼板の加圧成形方法。
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