JP5194986B2 - 高強度部品の製造方法および高強度部品 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の構造部材・補強部材に使用されるような強度が必要とされる部材に関し、特に高温成形後の強度に優れた部品とその製造方法およびその方法を用いた高強度部品に関するものである。

地球環境問題に端を発する自動車の軽量化のためには、自動車に使用される鋼板をできるだけ高強度化することが必要となるが、一般に鋼板を高強度化していくと伸びやｒ値が低下し、成形性が劣化していく。このような課題を解決するために、温間で成形し、その際の熱を利用して強度上昇を図る技術が、下記特許文献１（特開２０００−２３４１５３号公報）に開示されている。この技術では、鋼中成分を適切に制御し、フェライト温度域で加熱し、この温度域での析出強化を利用して強度を上昇させることを狙っている。

また、下記特許文献２（特開２０００−８７１８３号公報）では、プレス成形精度を向上させる目的で成形温度での降伏強度を常温での降伏強度より大きく低下する高強度鋼板が提案されている。しかしながら、これらの技術では得られる強度に限度がある可能性がある。一方、より高強度を得る目的で、成形後に高温のオーステナイト単相域に加熱し、その後の冷却過程で硬質の相に変態させる技術が下記特許文献３（特開２０００−３８６４０号公報）に提案されている。

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下記非特許文献１（SAE,2001-01-0078）や、下記特許文献４（特開2001-181833号公報）に開示されている。以後冷却による焼入れ工程も含めて熱間プレスとする。

このように、自動車等に使用される高強度鋼板は高強度化されるほど上述した成形性の問題や特に１０００ＭＰａを超えるような高強度材においては従来から知られているように水素脆化（置きわれや遅れ破壊と呼ばれることもある）という本質的な課題がある。熱間プレスに用いられる場合、高温でのプレスによる残留応力は少ないものの、プレス前の加熱時に水素が鋼中に浸入すること、また熱間プレス後のピアス加工やトリム加工などの後加工での残留応力により水素脆化の感受性が高くなる。したがって単に高温でプレスするだけでは本質的な課題解決にならず、加熱工程および後加工までの一貫工程での工程条件最適化が必要となる。

剪断加工などの後加工時の残留応力を減少する可能性がある技術としては、後加工を行う部位の冷却速度を低下させて焼入れを不十分として、その部位の強度を低下させる技術が下記特許文献５（特開２００３−３２８０３１号公報）に示されている。この方法によれば部品の一部の強度が低下し、剪断加工などの後加工後の残留応力が低下する可能性が考えられる。しかし、この方法を用いる場合には、金型構造が複雑になり、経済的に不利であると考えられる。さらに、この方法では水素脆化に対してはなんか言及しておらず、この方法により鋼板強度が若干低下して後加工後の残留応力がある程度低下した場合であっても、鋼中に水素が残存した状態であれば水素脆化が生じる可能性は否定できない。

また下記特許文献６（特開２００６−５１５４３号公報）には熱間プレス後の水素脆化を抑制する方法として、加熱炉中の雰囲気を制御する方法が開示されている。これらは加熱炉の雰囲気中の水素と水蒸気を制限して、熱間プレス後の鋼中水素量を抑制する技術である。しかし剪断方法については特別言及しておらず、実施例としてもクリアランスが15%程度の一水準のみの検討であり、また制限する水素量、水蒸気量も低い値であり制御のための設備コストが生じる。また下記特許文献７〜１１では熱間プレス後の水素脆化を抑制する方法として、加熱炉中の雰囲気を制御し、特殊な方法にて後加工する方法が開示されている。

これらは特許文献5よりも制限する水素量、水蒸気量が高く、その点では特許文献６よりも優れているものの、熱間プレス方法や後加工方法が特殊であり、過大な設備コストが生じる。

また特許文献１２、１３では打ち抜き加工の工具の先端形状を規定した技術が開示されている。これらは特殊な工具を用いることで加工後の残留応力を低減して水素脆化を防止する方法である。これらは工具形状が特殊であるために、工具コストが高くなり、さらに欠損などが生じた場合の補修が困難など工具寿命の観点で課題がある。また、熱間プレスの際の加熱雰囲気には言及しておらず、露点が高い、もしくは水素濃度が高い雰囲気で加熱した熱間プレス部品を後加工した際の水素脆化の可能性は否定できない。
特開2000-234153号公報 特開2000-87183号公報 特開2000-38640号公報 特開2001-181833号公報 特開2003-328031号公報 特開2006-51543号公報 特開2006-82099号公報 特開2006-83419号公報 特開2006-104526号公報 特開2006-104527号公報 特開2006-111966号公報 特開2006-224151号公報 特開2006-289491号公報 SAE,2001-01-0078

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、高温成形後に１2００ＭＰａ以上の強度を得ることができる耐水素脆性に優れた高強度部品の製造方法及びその方法を用いた高強度製品を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために種々の検討を実施した。その結果、水素脆化を抑制するためには、成形前の加熱炉中の雰囲気を制御して鋼中の水素量を減少させ、さらに熱間プレス後の剪断加工を行った後のだれ長さの板厚に対する割合を小さくすることが有効であることを見出した。

水素脆化は、鋼中の水素量と作用している残留応力の双方が高い場合に生じると考えられる。まず、鋼中の水素量について説明する。熱間プレス後での焼き入れ後の鋼中の水素量は加熱中に侵入したことが考えられる。そこで水素の侵入源として考えられる加熱炉中の雰囲気の水素量と水蒸気量を制限することにより、侵入する水素量が低減できると考えた。

次に剪断加工部の残留応力について説明する。剪断加工部の残留応力は剪断加工後の弾性回復によって生じるが、だれが大きい場合には剪断加工に曲げの成分が加わり塑性変形する領域が広がるために弾性回復量が大きくなり、その結果切断面に引張の残留応力が発生すると考えられる。だれを小さくすることで塑性変形の局所化を促進し加工後の弾性回復を小さくすることを考えた。上記方法を用いて鋼中の水素量と後加工後の残留応力の双方を低減することにより水素脆化を抑制することが可能となる。

すなわち、本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で6%以下、かつ露点が15℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が80％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が7.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
（２）質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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化学成分を含有する鋼板を用い、水素量が体積分率で8%以下、かつ露点が15℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が60％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が5.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
（３）質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が40％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が3.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
（４）前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Cr：0.1〜5％、Mo：0.1〜3％、B：0.0003〜0.005％、V：0.01〜2％、W：0.01〜3％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（５）前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Ti：0.01〜1％、Nb：0.01〜1％、Al：0.005〜1％の1種または2種以上を含有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（６）前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Ni：0.01〜3％、Cu：0.01〜3％の1種または2種を含有することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（７）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（６）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（８）前記剪断加工を行う工具の硬度が、ロックウェルC硬度で55以上であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（９）前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の10%以下である工具を用いることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（１０）前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の8%以下である工具を用いることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（１１）前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の5%以下である工具を用いることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（１２）前記剪断加工を行う際に、パンチと対向する逆押さえを用いることを特徴とする（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（１３）前記剪断加工を行う際に、板押さえに突起を設けた工具を用いることを特徴とする（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の強度部品の製造方法。
（１４）前記剪断加工を行う際に、パンチと対向する逆押さえを用い、板押さえに突起を設けた工具を用いることを特徴とする（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
（１５）前記剪断加工を行う際に、一工程目で材料が切断される前まで加工し、二工程目で逆方向から剪断加工して材料を切断する上下抜き法を用いることを特徴とする（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の高強度鋼板の製造方法。
（１６）（１）乃至（１４）のいずれか一項に記載の方法で製造されたことを特徴とする高強度部品。

本発明によれば、高温成形後に１２００ＭＰａ以上の強度を得ることができる耐水素脆性に優れた高強度部品の製造方法及び高強度部品を提供することができるうえ、成形後に金型中にて冷却して焼入れを行って高強度の部品を製造する際に、車体が軽量で衝突安全性に優れた自動車が製造できるなど産業上有用な著しい効果を奏する。

まず、本発明の加熱雰囲気の限定理由について詳細に説明する。

鋼板を加熱する際の雰囲気を、鋼板の加熱温度Ac3以上、融点以下としたのは成形後に焼入れ強化するために鋼板の組織をオーステナイトにしておくためである。また加熱温度が融点以上であるとプレス成形が不可能であるためである。

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。

次に加熱炉中の雰囲気とだれ長さと板厚の比率についての制限を説明する。

だれ長さと板厚の比率が小さくなると加工端部の残留応力が低減するため、水素脆化が抑制できる水素量はだれ長さと板厚の比率が小さいほど高くなる傾向を示す。

請求項1に示す加熱条件で加熱後に成形し、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剪断加工を行う際に、切断面の破断面長さと板厚の比率が80％以下であるかまたはだれ長さと板厚の比率が7.0%以下とすれば水素脆化を抑制できる。さらに水素脆化を著しく抑制するためには、加熱雰囲気中の水素量が体積分率で3%以下または露点を10℃以下とすればよい。

請求項２に示す加熱条件で加熱後に成形し、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剪断加工を行う際に、切断面の破断面長さと板厚の比率が60％以下であるかまたはだれ長さと板厚の比率が5.0%以下とすれば水素脆化を抑制できる。さらに水素脆化を著しく抑制するためには、加熱雰囲気中の水素量が体積分率で5%以下または露点を10℃以下とすればよい。

請求項3に示す加熱条件で加熱後に成形し、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剪断加工を行う際に、切断面の破断面長さと板厚の比率が40％以下であるかまたはだれ長さと板厚の比率が3.0%以下とすれば水素脆化を抑制できる。さらに水素脆化を著しく抑制するためには、加熱雰囲気中の水素量が体積分率で6%以下または露点を30℃以下とすればよい。

切断面は、破断面長さと板厚の比率で評価しても、だれ長さと板厚の比率で評価してもよい。

破断面長さと板厚の比率の算出方法およびだれ長さと板厚の比率の算出方法としては、製造する部品から試料を無作為に選択し、切断面を観察して求める方法が望ましい。切断面の観察はマイクロスコープや写真を用いて観察する方法、また切断面を断面加工してその形状を観察する方法などを用いると良い。

以下に素材についての制限について説明する。

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、0.1％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0.1〜3％の範囲が望ましい。

Ｓｉは固溶強化型の合金元素であるが、１％を超えると、表面スケールの問題が生じる。また、鋼板表面にメッキ処理を行う場合は、Ｓｉの添加量が多いとメッキ性が劣化するため、上限を０．５％とすることが好ましい。

Ｓは鋼中の非金属介在物に影響し、加工性を劣化させるとともに、靱性劣化、異方性および再熱割れ感受性の増大の原因となる。このため、Ｓは０．０3％以下が望ましい。なお、さらに好ましくは、０．０１％以下である。また、Ｓを０．００５％以下に規制することにより、衝撃特性が飛躍的に向上する。

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０．１％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。

Ｎは０．０１％を超えると窒化物の粗大化および固溶Ｎによる時効硬化により、靱性が劣化する傾向がみられる。このため、Ｎは０．０１％以下の含有が望ましい。

Ｏについては特に規定しないが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。

Ｃｒは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、５％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を５％とした。

Moは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。

Ｂも焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．０００３％以上の添加が必要である。但し、０．００５％を超えて添加しても効果は飽和し、また鋳造欠陥や熱間圧延時の割れを生じさせるなど製造性を低下させるので、上限を０．００５％とした。

Ｖは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．０１％以上にて効果を発揮する。但し、２％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を２％とした。

Ｗは焼入れ性の観点から有用な元素であり、０．０１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。

以上の選択成分としてCr、Mo、V、B、V,Wの１種または2種以上を含有することにより、焼き入れ性を向上させることができる。

ＴｉはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約３．４倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＴｉを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。

ＮｂはＮ固定の観点から添加することができ、質量％にてＮの約６．６倍添加することが必要であるが、Ｎは低減しても１０ｐｐｍ程度であるので、下限を０．０１％とした。またＮｂを過剰に添加しても焼入れ性を低下させ、また強度も低下させるためその上限を１％とした。

ＡｌはＮ固定の観点から添加することができ、また脱酸剤としても有用であり、この場合には鋼中に０．００５％以上含有させることが必要であるが、１％を超えて添加しても上記の観点では効果も飽和するため上限を１％とした。

以上の選択成分として、Ti,Nb,Alの１種または2種以上を含有することにより、Nを固定することができる。

Ｎｉは焼入れ性に加え、耐衝撃特性改善に繋がる低温靭性の観点で有用な元素であり、０．０１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストも上昇するので上限を３％とした。

Ｃｕも焼入れ性に加え、靭性の観点で有用な元素であり、０．０１％以上にて効果を発揮する。但し、３％を超えて添加しても効果は飽和し、またコストを上昇させるばかりでなく鋳片性状の劣化や熱間圧延時の割れや疵発生を生じさせるためその上限を３％とした。

以上の選択成分としてNi,Cuの１種または2種を含有することにより靭性を確保することができる。

その他の成分については特に規定しない。Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｚｒ，Ａｓ等の元素がスクラップから不可避的不純物として混入する場合があるが、本発明鋼の特性には全く影響しない。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。

以上の成分の鋼板にアルミめっき、アルミ-亜鉛めっき、亜鉛めっきを施しても良い。その製造方法は酸洗、冷間圧延は常法でよく、その後アルミめっき工程あるいはアルミ−亜鉛めっき工程、亜鉛めっきについても常法で問題ない。つまり、アルミめっきであれば浴中Ｓｉ濃度は５〜１２％が適しており、アルミ−亜鉛めっきでは浴中Ｚｎ濃度は４０〜５０％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。

以下に工具についての限定理由を説明する。

本発明の技術はだれを小さくして切断面の残留応力を低減する技術である。そのため、工具の磨耗や変形が生じた場合にはだれ長さの比率が変化する可能性があり、これを防止するためには工具の硬度をロックウェルC硬さで55以上であることが望ましい。また、工具寿命向上の観点で工具に窒化、炭化物コーティングなどの表面処理を施しても良い。

以下に剪断加工方法についての限定理由を説明する。

本発明に制限するだれ長さと板厚の比率を実現するためにはいかなる方法を用いても良いが、本発明に示す方法を用いることにより経済的に効率良く切断面を制御できる。

破断面の割合は鋼板の板押さえの有無やその荷重、切断面の輪郭形状により変化するが、ダイスとパンチのクリアランスを小さく制御することにより、だれ長さと板厚の比率を制御できる。パンチとダイスのクリアランスは10%以下、望ましくは8%以下、さらに望ましくは5%以下にする必要がある。クリアランス8%よりの場合は鋼板の拘束条件により、だれ長さと板厚の比率が大きくなる場合があり、安定的にだれ長さと板厚の比率を小さくするためには上記の条件が必要となる。

請求項12〜14に示す方法はファインブランキングや精密剪断を呼ばれる方法であり、本方法を用いることにより安定的にだれ長さと板厚の比率を小さくすることが可能となる。

請求項15は上下抜き法であり、本方法を用いることにより安定的に破断面長さと板厚の比率を小さくすることが可能となる。上下抜き法とは『薄板のプレス加工』（中川威雄他著）などに説明されるようにある程度剪断変形を与えた状態で加工を中断し、最初のダイスに対向する位置に第2の工具を配置して、最初に受けた材料の剪断変形を元に戻すように逆方向の加工を行うものである。この方法により、切り口は両側にだれと剪断面が形成され、板厚中央部に破断面が形成するため、板厚に対する破断面の割合が通常の剪断加工と比較して小さくなる特徴を示す。

請求項16は、請求項1〜14に記載の方法を用いることにより製造した高強度部品であり、請求項1〜14に記載の方法を用いることにより、高温成形後に１２００ＭＰａ以上の強度を得ることができ、耐水素脆性に優れた高強度部品を提供することができるうえ、この高強度部品を用いることにより、車体が軽量で衝突安全性に優れた自動車を製造することができる。

次に実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
表１に示す化学成分のスラブを鋳造した。これらのスラブを1050〜1350℃に加熱し、熱間圧延にて仕上温度800〜900℃、巻取温度450〜680℃で板厚3ｍｍの熱延鋼板とした。その後、酸洗を行った後、冷間圧延により板厚1.4ｍｍの冷延鋼板とした。加熱は試料を雰囲気制御した電気炉内に挿入することで行った。昇温時間はほぼ4分，表2に示す加熱温度での保持時間を約1分とした。炉からプレスまでの時間は約10秒で，プレス開始温度は約750℃だった。加熱炉の雰囲気は水素量と露点を変化させた。その条件を表2に示す。

金型の断面形状を図１に示す。図１中の凡例を示す。１：ダイス、２：パンチ。パンチを上方から見た形状を図2に示す。図2中の凡例を示す。１：パンチ。ダイスを下方から見た形状を図3に示す。図3中の凡例を示す。１：ダイス。金型はパンチ形状に倣い、板厚1.6mmのクリアランスにてダイスの形状と決定した。ブランクサイズを1.4mm厚×300 ×500とした。成形条件としては、パンチ速度10mm/s、加圧力200トン、下死点での保持時間を5秒とした。成形品の模式図を図4に示す。剪断加工はピアス加工を行った。成形品のフランジ部にパンチ径20mmφの打抜きを10点行い，７日経過後に20倍のルーペで打抜き部を観察して微小クラックの有無判定した。工具の材質はSKD11を用い、その硬度はロックウェル硬さで60であった。クリアランス、だれ長さと板厚の比率と微小クラックの有無を表２に示す。なお，ハット成形後一部の切出し荷重10kgfでビッカース硬度を測定したところ，全ての水準においてHv：400以上を示し，組織はマルテンサイト組織を示した。

実験番号1〜24, 25〜48, 49〜72はそれぞれ鋼種A, B, Cに対して加熱雰囲気とピアス加工時のクリアランスを変化させた場合のだれ長さと板厚の比率の影響を検討したものである。本発明の範囲ではピアス加工後に端面の微小クラックの発生が抑制されていることが分かる。また同一クリアランスの範囲においては、雰囲気中の水素量または露点が低くなると微小割れが抑制される傾向を示した。さらに、クリアランスが大きくなり、切断面の破断面長さと板厚の比率が大きくなるまたはだれ長さと板厚の比率が大きくなると、微小割れのする雰囲気中の水素量または露点が低くなる傾向を示した。上記より本発明の効果が確認された。
（実施例２）
表１に示す鋼Bのスラブを鋳造した。これらのスラブを1200℃に加熱し、熱間圧延にて仕上温度880℃、巻取温度600℃で板厚3ｍｍの熱延鋼板とした。その後、酸洗を行った後、冷間圧延により板厚1.4ｍｍの冷延鋼板とした。この冷延鋼板を原板として連続溶融めっきラインにて表3に示すめっき組成の溶融めっきを施した。このうち符号GAはめっき浴通過後に合金化炉により加熱する事により製造した。製造した試料は実施例１と同様の方法にて加熱して熱間プレスを施したのちピアス加工を行った。その後、実施例1と同様の方法にて微小割れを確認した。鋼種、めっき種、加熱条件、加熱雰囲気、クリアランス、切断面の破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率、微小クラックの有無を表4に示す。なお，ハット成形後一部の切出し荷重10kgfでビッカース硬度を測定したところ，全ての水準においてHv：400以上を示し，組織はマルテンサイト組織を示した。

表4によれはアルミ−亜鉛めっき、亜鉛めっき、アルミめっきを施しても本発明の範囲であれば、水素脆化による微小割れを抑制することが可能であった。上記より本発明の効果が確認された。
（実施例３）
表５に示す化学成分のスラブを鋳造した。これらのスラブを1050〜1350℃に加熱し、熱間圧延にて仕上温度800〜900℃、巻取温度450〜680℃で板厚3ｍｍの熱延鋼板とした。その後、酸洗を行った後、冷間圧延により板厚1.4ｍｍの冷延鋼板とした。製造した試料は実施例１と同様の方法にて加熱して熱間プレスを施したのちピアス加工を行った。その後、実施例1と同様の方法にて微小割れを確認した。鋼種、めっき種、加熱条件、加熱雰囲気、クリアランス、切断面の破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率、微小クラックの有無を表6に示す。なお，ハット成形後一部の切出し荷重10kgfでビッカース硬度を測定したところ，全ての水準においてHv：400以上を示し，組織はマルテンサイト組織を示した。

表6によれは鋼の化学成分が本発明の範囲であれば熱間プレス後に焼きが入り、水素脆化による微小割れも抑制することが可能であった。上記より本発明の効果が確認された。
（実施例４）
表１Bに示す化学成分のスラブを鋳造した。これらのスラブを1050〜1350℃に加熱し、熱間圧延にて仕上温度800〜900℃、巻取温度450〜680℃で板厚3ｍｍの熱延鋼板とした。その後、酸洗を行った後、冷間圧延により板厚1.4ｍｍの冷延鋼板とした。製造した試料は実施例１と同様の方法にて加熱して熱間プレスを施したのちピアス加工を行った。その後、実施例1と同様の方法にて微小割れを確認した。ピアス加工方法は精密剪断法、上下抜き法を用いた。精密剪断法では、パンチとダイスのクリアランスを0.5%とし、板押さえ力を打ち抜き力の60%程度、逆押さえ力を打ち抜き力の10%程度、板押さえの突起をパンチ側面から1mm、突起高さ0.3mm、突起の先端角度を90°とした。そのうち、逆押さえだけを用いた場合、板押さえの突起のみ用いた場合、双方を用いた場合の３条件について実験を行った。上下抜き法の場合はパンチとダイスのクリアランスを5%とし、1工程目で板厚の25%まで剪断した後に、逆方向から切断した。加熱条件、加熱雰囲気、切断面の破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率、微小クラックの有無を表７に示す。なお，ハット成形後一部の切出し荷重10kgfでビッカース硬度を測定したところ，全ての水準においてHv：400以上を示し，組織はマルテンサイト組織を示した。

表７によれは本実施例に示された剪断方法で切断して、切断面の破断面長さと板厚の比率またはだれ長さの板厚に対する比率と熱間プレスの加熱時の雰囲気が制限の範囲では微小割れは抑制されていた。上記より本発明の効果が確認された。

（実施例５）
実施例1で用いた化学成分Bの冷延鋼板を用い、製造した試料は実施例１と同様の方法にて加熱して熱間プレスを施したのちピアス加工を行った。ピアスは実施例1で用いた工具の材質はSKD11を用い、その硬度はロックウェルC硬さで60の場合と、比較としてロックウェルC硬さ53のSKS41を用いた。これらの工具によりピアス加工を10000回行った後、10000個目の試料を、実施例1と同様の方法にて微小割れを確認した。鋼種、加熱条件、加熱雰囲気、工具硬さ、クリアランス、切断面の破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率、微小クラックの有無を表8に示す。工具硬さが55以下の場合である実験番号2, 4の場合には工具硬さ55以上である実験番号1,3の場合よりも、剪断面長さが小さくなり、だれが大きくなり、これに応じて微小割れの個数も増加した。上記より工具硬さがロックウェルC硬さで55以上であった場合には、多くの加工を行った後でも工具の変形が抑制され、安定した特性が得られることが分かり、本発明の効果が確認された。

（実施例6）
実施例1で用いた化学成分Bの冷延鋼板を用い、製造した試料は実施例１と同様の方法にて加熱して熱間プレスを施したのちピアス加工を行った。ピアスは実施例1で用いた工具の材質はSKS41を用い、その硬度はロックウェルC硬さで53であった。これらの工具によりピアス加工を100回行った後と10000回行った後の試料を、実施例1と同様の方法にて微小割れを確認した。鋼種、加熱条件、加熱雰囲気、工具硬さ、プレス回数、クリアランス、切断面の破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率、微小クラックの有無を表9に示す。実験番号1〜19は100回目のピアス加工の結果である。実験番号20〜38は10000回目のピアス加工の結果である。工具の硬度が53であったために、ピアス加工中に刃先の磨耗が生じ、同一のクリアランスにおいても破断面長さと板厚の比率、だれ長さと板厚の比率とも増加しており、本発明の制限以上となった場合には、微小割れが発生した。しかし刃先が磨耗したのちでも本発明の範囲内の条件で製造され、本発明の制限内の破断面長さと板厚の比率とだれ長さと板厚の比率で有る場合には微小割れが抑制され、本発明の効果が確認された。

金型の断面形状を示す図である。 パンチを上方から見た形状を示す図である。 ダイスを下方から見た形状を示す図である。 成形品の模式図である。

Claims (16)

1. 質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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化学成分を含有する鋼板を用い、
   水素量が体積分率で6%以下、かつ露点が15℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が80％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が7.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
2. 質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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化学成分を含有する鋼板を用い、
   水素量が体積分率で8%以下、かつ露点が15℃以下である雰囲気にて、Ac3〜融点までに鋼板を加熱した後、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が60％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が5.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
3. 質量%で、C:0.1〜0.55%、Mn:0.1〜3%、Si:1%以下、S:0.03%以下、P: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、フェライト変態、パーライト変態、ベイナイト変態、マルテンサイト変態が生じる温度の全て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った後に、切断面の破断面長さと板厚の比率が40％以下であるかまたは切断面のだれ長さと板厚の比率が3.0%以下であるように剪断加工を行うことを特徴とする高強度部品の製造方法。
4. 前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Cr：0.1〜5％、Mo：0.1〜3％、B：0.0003〜0.005％、V：0.01〜2％、W：0.01〜3％の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
5. 前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Ti：0.01〜1％、Nb：0.01〜1％、Al：0.005〜1％の1種または2種以上を含有す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。
6. 前記鋼成分に加えて、さらに、質量％で、Ni：0.01〜3％、Cu：0.01〜3％の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
7. 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6のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
8. 前記剪断加工を行う工具の硬度が、ロックウェルC硬度で55以上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。
9. 前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の10%以下である工具を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項８のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
10. 前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の8%以下である工具を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項９のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
11. 前記剪断加工を行う際に、パンチとダイスのクリアランスが板厚の5%以下である工具を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項９のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
12. 前記剪断加工を行う際に、パンチと対向する逆押さえを用いることを特徴とする請求項1乃至請求項１１のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
13. 前記剪断加工を行う際に、板押さえに突起を設けた工具を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項１１のいずれか一項に記載の強度部品の製造方法。
14. 前記剪断加工を行う際に、パンチと対向する逆押さえを用い、板押さえに突起を設けた工具を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項１１のいずれか一項に記載の高強度部品の製造方法。
15. 前記剪断加工を行う際に、一工程目で材料が切断される前まで加工し、二工程目で逆方向から剪断加工して材料を切断する上下抜き法を用いることを特徴とする請求項1乃至請求項１１のいずれか一項に記載の高強度鋼板の製造方法。
16. 請求項1乃至請求項１４のいずれか一項に記載の方法で製造されたことを特徴とする高強度部品。

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