JP5218404B2 - 成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
はじめに合金化溶融亜鉛めっき鋼板の鋼の組成およびめっき層の組成の好ましい範囲について説明する。ここで、鋼やめっきの組成を規定する「%」は「質量%」を意味する。
本発明において、母材となる鋼板の化学組成については、以下のように規定する。
C:0.08〜0.45%を含有するのが望ましい。Cは、鋼板の焼入れ性を高めかつ成形品の強度を決定する重要な元素である。しかしC含有量が0.08%未満ではその効果は十分ではなく、一方でC含有量が0.45%を超えると靭性劣化や溶接性劣化を招く虞がある。より望ましいC含有量は0.1〜0.35%である。
本発明において素材となる合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層は、Feを8〜25%含有し、残部がZn、Alおよび不純物からなるものである。
次に本発明の成形品の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、第3工程における焼き入れを金型で行う態様であるが、焼き入れはこれに限定されるものでない。例えば、空冷、油冷、水冷等により焼き入れを行ってもよい。
2−1.第1工程
本発明の成形品の製造方法では、第1工程において合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とし、この素材を第1の金型に装入し、予成形直前の素材温度が41℃以上700℃以下の温間領域にて予成形をして予成形品を得る。具体的には次の通りである。
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を所定の大きさ(形状)に裁断した後、裁断された鋼板を予成形直前の温度が41℃以上700℃以下の温間領域となるように加熱する。予成形直前の鋼板温度が100℃以上となるように加熱するのが望ましい。予成形をこのような温度領域で行うことで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層の破壊(パウダリング)が大きく抑制される。
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を前記温度領域に加熱、昇温することが可能であれば加熱方法は特に限定されない。例えば型外加熱と型内加熱が可能である。型外加熱では、素材であるブランクを予成形金型(第1の金型)の外部で加熱してブランクの昇温を行う。例えば加熱炉による加熱や誘導加熱などを用いることができる。型内加熱では、予成形金型に内蔵したヒータにより該予成形金型を所定温度に加熱しておき、加熱した予成形金型に常温のブランクを装入して、予成形金型との接触によりブランクの昇温を行う。なお、型外加熱、型内加熱のいずれも、必ずしもブランク全面を均一に加熱する必要はなく、パウダリングが顕著な部位を加熱すればよい。また、型外加熱と型内加熱との併用をしてもよい。
素材を型外で加熱する場合には、加熱された素材であるブランクを予成形金型に装入して予成形直前のブランク温度が41℃以上700℃以下の温間領域で予成形を行う。また、素材を型内で加熱する場合には、所定温度に加熱した予成形金型に素材であるブランクを装入し、予成形直前のブランク温度が41℃以上700℃以下の温間領域で予成形を行う。予成形直前のブランク温度は100℃以上とするのが望ましい。更に望ましくは200℃以上である。予成形直前のブランク温度の上限は400℃とするのが望ましい。これにより、予成形の際のパウダリングの発生が抑制され、第2工程におけるスケールの発生を抑制することができる。41℃未満では、パウダリングの発生の抑制効果が小さくなる。また、700℃を超えて加熱すると、材料のオーステナイト変態が始まるため、材料強度が低下し、成形限界が低下する虞がある。さらに、パウダリング抑制効果は既に飽和しており、加熱によるエネルギの消費などが顕著となる。予成形方法は、金型によるプレス成形やロール成形等とすることができる。また、予成形の際に潤滑剤をブランク表面に塗布してもよい。
第2工程は、予成形品をA1変態点温度以上に加熱する工程である。より詳しくは、予成形品は、必要に応じ不要な部分をトリミングされた後、A1変態点温度以上に加熱される。加熱する前の予成形品に防錆油を塗布するのが望ましい。予成形品に防錆油を塗布することにより、加熱過程でのスケールの発生がさらに抑制される。防錆油としては、防錆のために鋼板に塗布される一般の防錆油を用いることができる。例えば、防錆油としては、パーカー興産株式会社製のNOX−RUST 550HNなどを使用できる。
第3工程は、加熱した予成形品を第2の金型に装入して、仕上成形をするとともに、第2の金型でA1変態点温度以上の温度から焼入れを行い成形品を得る工程である。詳しくは次の通りである。A1変態点温度以上に加熱された予成形品は、第2の金型に装入され、第2の金型で仕上成形が行われる。同時に当該予成形品は、第2の金型で拘束されながらこの温度範囲から冷却され焼き入れを施されて成形品となる。第2の金型はプレス成形金型であり、仕上成形がプレス成形であることが望ましい。予成形品の冷却は、冷却された金型を用いることにより、または金型で拘束した予成形品に冷却水を供給することにより行われる。
<実施例1>
実施例1では、表1に示す2種類の成分の鋼(残部:Feおよび不可避的不純物)を母材とした。これらの母材にめっき付着量およびめっき中のFe含有量を変化させて種々のめっき層を形成した合金化溶融亜鉛めっき鋼板(板厚:0.7mm)を素材として用いた。そしてこの合金化溶融亜鉛めっき鋼板から90φのブランクを採取し、このブランクをポンチ径50φを有する第1の金型である予成形金型に装入して加熱し、種々の温度にてカップ形状にプレス予成形をした。すなわち、この金型にはヒータが内蔵され、ヒータにて金型を所定の温度まで加熱した。その後、室温のブランクを金型に装入して20秒間保持し、ブランクを金型の温度にまで加熱してから予成形する方法を用いた(表2において「金型」で表記した。)。また、ブランクを加熱炉に挿入して加熱したのち、常温の予成形金型に装入してカップ形状にプレス予成形する試験もおこなった。上記予成形により得られたカップ予成形品のパウダリング状況を目視で下記のように評価した。
1:パウダリング発生無し
2:僅かに発生
3:明確に発生
4:全面に過大に発生
焼き入れ後の成形品のスケール発生状況を目視で以下のように評価した。
1:スケール発生無し
2:僅かに発生
3:明確に発生
4:全面に過大に発生
表2に、パウダリング状況と焼き入れ後の成形品のスケール発生状況を示す。成形品のスケール発生状況で評価1、2を表面形状が良好で合格とした。また、焼き入れ後の成形品のカップ肩部の硬度を測定した。
No.1〜57のいずれも焼入後の成形品の硬度は、300HV以上であり、A1変態点温度以上の温度からの焼き入れにより、高強度な成形品が得られた。特に加熱温度が900℃の場合は、420〜480HVと高い硬さの成形品が得られた。また、鋼Aに比べ、Mn、Crの含有量が少なく、かつMoが無添加の鋼Bにおいても、少量のBを含有させることにより、鋼Aと同様に高い硬さの成形品が得られた。
予成形直前の温度が41〜700℃の温間範囲で予成形した条件では、室温で予成形した比較例に比べスケールの発生が少なく良好な表面品質が得られた。また予成形温度を上昇させるほど、表面品質は向上する結果が得られた。予成形中のめっき皮膜の温度が上昇するためめっき皮膜の変形能が室温成形時に比較して向上し、予成形中のめっき皮膜の脱落や損傷が抑制され、これにより、A1変態点温度以上に加熱された際に鋼板がめっき層で保護され鋼板酸化が抑制されるので良好な表面品質が得られると考えられる。
合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)のめっき層中のFe含有量が表面品質に及ぼす影響については、Fe含有量が高くなるほど表面品質が劣る傾向がみられた。めっき層中のFe含有量が高いほど予成形工程において、めっき皮膜の破壊や剥離が促進されることが原因であると考えられる。
予成形品に防錆油を塗布し加熱することにより、焼入れ後の成形品において、スケールの発生は大幅に抑制された。
No.1〜57の全ての成形品において、鉄亜鉛固溶相の形成が認められた。
実施例2では、実施例1と同様に母材から90φのブランクを採取し、このブランクを第1の金型である予成形金型に装入して加熱し、種々の温度にて予成形を行ってカップ予成形品を得た。なお、ブランクを加熱炉に装入して加熱した後、常温の予成形金型に装入してカップ予成形品に予成形する試験もおこなった。次いで、このカップ予成形品を脱脂し、酸素濃度5%以下の酸化雰囲気の加熱炉内でA1変態点温度以上である800℃または900℃で4分間の加熱を行った。その後、予成形金型に比べ成形深さが3mm大きく、内部に水冷管を配した構造の第2金型を用いて仕上成形を行うとともに、成形下死点にて荷重を付与しながらカップ予成形品を30秒間拘束して焼き入れを行った。また、実施例1と同様に、脱脂後、防錆油を塗布したカップ予成形品を用いて、上記と同様の加熱、焼き入れ処理も実施した。
予成形により得られたカップ予成形品のパウダリング状況と、焼き入れ後の成形品のスケール発生状況を実施例1と同様に評価した。表3に、パウダリング状況と焼き入れ後の成形品のスケール発生状況を示す。成形品のスケール発生状況で評価1、2を表面形状が良好で合格とした。また、焼き入れ後の成形品のカップ肩部の硬度を測定した。
No.101〜125のいずれも焼入後の成形品の硬度は、300HV以上であり、実施例1と同様に、A1変態点温度以上の温度からの焼き入れにより、高強度な成形品が得られた。特に加熱温度が900℃の場合は、420〜480HVと高い硬さの成形品が得られた。また、鋼Aに比べ、Mn、Crの含有量が少なく、かつMoが無添加の鋼Bにおいても、少量のBを含有させることにより、鋼Aと同様に高い硬さの成形品が得られた。
実施例1と同様に、予成形直前の温度が41〜700℃の温間範囲で予成形した条件では、室温で予成形した比較例に比べスケールの発生が少なく良好な表面品質が得られた。また予成形温度を上昇させるほど、表面品質は向上する結果が得られた。予成形中のめっき皮膜の温度が上昇するため、めっき皮膜の変形能が室温成形時に比べ向上し、予成形中のめっき皮膜の破壊と剥離が抑制されたと考えられる。
GA鋼板のめっき層中のFe含有量が表面品質に及ぼす影響については、実施例1と同様に、Fe含有量が高くなるほど表面品質が劣る傾向がみられた。めっき層中のFe含有量が高いほど予成形工程においてめっき皮膜の破壊や剥離が促進されることが原因であると考えられる。
予成形品に防錆油を塗布し加熱することにより、焼入れ後の成形品においてスケールの発生は大幅に抑制された。
No.101〜125の全ての成形品において、鉄亜鉛固溶相の形成が認められた。
Claims (10)
- 質量%で、Feを8%以上25%以下含有し、残部がZn、Alおよび不純物からなるめっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を素材とし、該素材を第1の金型に装入して予成形をすることにより予成形品を得る第1工程と、
前記予成形品をA1変態点温度以上に加熱する第2工程と、
加熱した前記予成形品をA1変態点温度以上の温度から焼入れを行い、成形品を得る第3工程と、
を有し、前記第1工程の予成形直前の前記素材の温度が41℃以上700℃以下の温間領域であることを特徴とする成形品の製造方法。 - 前記第3工程では、加熱した前記予成形品を第2の金型に装入して焼入れを行う請求項1に記載の成形品の製造方法。
- 前記第3工程では、加熱した前記予成形品を第2の金型に装入して仕上成形と焼入れとを行う請求項1に記載の成形品の製造方法。
- 前記第1の金型および/または前記第2の金型はプレス用金型であり、前記予成形および/または前記仕上成形がプレス成形であることを特徴とする請求項3に記載の成形品の製造方法。
- 前記第2工程では前記予成形品の表面に防錆油を塗布して加熱することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の成形品の製造方法。
- 前記第1工程では、前記予成形直前の素材の温度が41℃以上700℃以下の温度範囲となるように、前記第1の金型または該第1の金型とは異なる他の加熱手段にて前記素材を加熱することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の成形品の製造方法。
- 前記予成形直前の素材の温度は100℃以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の成形品の製造方法。
- 前記素材の母材成分が質量%で、C:0.08〜0.45%、Mnおよび/またはCr合計で0.5〜3.0%を含有し、さらに、Si:0.5%以下、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の成形品の製造方法。
- 前記素材の母材成分が、Feの一部に替えて質量%で、B:0.01%以下、Ni:2%以下、Cu:1%以下、Mo:1%以下、V:1%以下、Ti:1%以下、Nb:1%以下の1種以上を含有する、請求項8に記載の成形品の製造方法。
- 前記素材の母材成分が、質量%で、B:0.0001%以上を含有する請求項9に記載の成形品の製造方法。
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