JP5717024B2 - Thin-walled steel product and heat treatment method thereof - Google Patents

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本発明は、薄肉鋼を所定形状にプレス加工した薄肉鋼加工品及びその熱処理方法に関する。   The present invention relates to a thin-walled steel product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape and a heat treatment method thereof.

例えば、自動車、航空機等の輸送機器用のシートフレームは、燃費改善や二酸化炭素排出規制等の観点から軽量化が強く求められており、そのためにシートフレームを形成する鋼材の高強度化が求められている。一方、シートフレームは、高強度化だけでなく、変形による衝撃吸収性等の観点から延性(伸び特性)が高い部位を有することも求められる。また、切欠き感受性の観点と耐久性向上の観点からも、引張りの残留応力を低減したり、なくしたり、あるいは圧縮の残留応力とすることが求められる。従来、例えば特許文献1〜3に開示の高強度鋼板が知られている。   For example, seat frames for transportation equipment such as automobiles and airplanes are strongly required to be lighter from the viewpoints of improving fuel efficiency and regulating carbon dioxide emissions. For this reason, it is necessary to increase the strength of steel materials forming the seat frame. ing. On the other hand, the seat frame is required not only to increase the strength, but also to have a portion having high ductility (elongation characteristics) from the viewpoint of impact absorption due to deformation. Also, from the viewpoint of notch sensitivity and durability, it is required to reduce or eliminate the tensile residual stress or to obtain a compressive residual stress. Conventionally, for example, high strength steel sheets disclosed in Patent Documents 1 to 3 are known.

これらに開示の高強度鋼板は、いずれも、炭素以外の合金元素の添加量を制御することを前提としたものであり、例えば、Mn、Mo、Crなどを所定量以上含有させて所定の硬度、延性を確保するなどとしている。そして、自動車用の鋼材等として使用するため、最終的に1.2mmに冷間圧延しているが、冷間圧延前の工程において行う熱処理は、鋼スラブを厚さ3.2mmに熱間圧延するものである。つまり、厚さ数mm以上の鋼板を得るものであるため、熱処理においては、鋼板における板厚方向を含めてのミクロ組織の均一化を図ることが必要であり、そのため、合金元素の添加量制御が重要な要素となっている技術である。   The high-strength steel sheets disclosed in these are all premised on controlling the addition amount of alloying elements other than carbon. For example, Mn, Mo, Cr, etc. are contained in a predetermined amount or more to obtain a predetermined hardness. To ensure ductility. And since it is finally cold-rolled to 1.2 mm for use as a steel material for automobiles, etc., the heat treatment performed in the process before cold-rolling is hot-rolling the steel slab to a thickness of 3.2 mm. To do. In other words, since a steel sheet having a thickness of several millimeters or more is obtained, it is necessary to make the microstructure uniform in the steel sheet including the thickness direction in the heat treatment. Is an important element.

一方、特許文献4〜5では、普通低炭素鋼の高強度化を図った技術が開示されている。特許文献4は、それ以前の技術において、普通低炭素鋼の焼入れ性が悪いことから、マルテンサイトを出発組織とすると、焼鈍時に不均一な混粒組織が生成されて所定の高強度、高延性鋼材を得ることができなかった、という課題を解決するためになされたものである。このため、特許文献4では、普通低炭素鋼を焼入れしてマルテンサイト相を90%以上とした後、全圧下率20%以上80%未満の冷間圧延と焼鈍を行うことによって粒径1.0μm以下の超微細結晶粒フェライト組織を得ている。特許文献5は、本出願人が提案した技術であるが、プレス成形などの内部応力を高める加工処理を行って、熱処理により、低炭素鋼の金属組織の微細化、混粒化を図って高強度化したものである。   On the other hand, Patent Documents 4 to 5 disclose techniques for increasing the strength of ordinary low carbon steel. In Patent Document 4, since the hardenability of ordinary low carbon steel is poor in the previous technology, when martensite is used as the starting structure, a heterogeneous mixed grain structure is generated during annealing, and a predetermined high strength and high ductility are obtained. It was made in order to solve the problem that a steel material could not be obtained. For this reason, in Patent Document 4, after a normal low carbon steel is quenched to obtain a martensite phase of 90% or more, cold rolling and annealing with a total reduction of 20% or more and less than 80% are performed. An ultrafine grain ferrite structure of 0 μm or less is obtained. Patent Document 5 is a technique proposed by the present applicant, and performs processing that increases internal stress such as press molding, and by heat treatment, the metal structure of the low-carbon steel is refined and mixed to increase the grain size. It is strengthened.

特許第4005517号公報Japanese Patent No. 4005517 特開2005−213640号公報JP 2005-213640 A 特開2008−297609号公報JP 2008-297609 A 特許第4189133号公報Japanese Patent No. 4189133 特開2008−13835号公報JP 2008-13835 A

自動車のシートフレーム等は、省エネルギー化、環境問題への対応等から、今後益々コストの削減や資源のリサイクル性への要請が高くなる。従って、特許文献1〜3の技術のように、合金化による高強度化、高延性化よりも、リサイクル性が高くなる普通鋼(特に低炭素鋼)を用いて達成できることが望まれる。また、これらは、主として鉄鋼材料メーカーが、鋼スラブから所定の高強度高靱性鋼を作り出すために実施されている手法であり、市販の鋼を用いてシートフレーム等を加工する加工メーカーにおいて利用できる技術ではない。加工メーカーとしては、このように鉄鋼材料メーカーが高強度高靱性鋼(高張力鋼)として販売しているものを購入して使用するのではなく、鉄鋼材料メーカーから安価で成形が容易な普通鋼を購入した上で、必要な場合に必要な箇所にその普通鋼の高強度化高延性化を図ることができれば、シートフレームのコストの低減につながる。   For automobile seat frames and the like, demands for cost reduction and resource recyclability will increase in the future due to energy saving and response to environmental problems. Therefore, it is desired that it can be achieved by using ordinary steel (particularly low carbon steel) having higher recyclability than the high strength and high ductility by alloying as in the techniques of Patent Documents 1 to 3. In addition, these are methods that are mainly used by steel material manufacturers to create predetermined high-strength, high-toughness steel from steel slabs, and can be used by processing manufacturers that process seat frames using commercially available steel. It's not technology. As a processing manufacturer, instead of purchasing and using high-strength, high-toughness steel (high-tensile steel) that steel material manufacturers sell in this way, ordinary steel that is cheap and easy to form from steel material manufacturers If it is possible to increase the strength and ductility of the ordinary steel at the necessary locations when necessary, the cost of the seat frame will be reduced.

一方、引張り強さ980MPa以上の高強度高靱性鋼(高張力鋼)を用いた場合には、プレス加工により所定形状に加工することが極めて困難であることが指摘されている。これは引張り強さを高くした際において、成形性(伸びフランジ特性、曲げ特性等)とのバランスを図ることが困難だからである。引張り強さ980MPa級の鋼材をマルテンサイトとフェライトの2相で構成し、延性を向上させることも行われているが、それをプレス加工に供した場合にはフェライトとマルテンサイトとの界面でマイクロクラックが生じ、それに基づいて割れが生じることも知られている。   On the other hand, when high strength high toughness steel (high tensile steel) having a tensile strength of 980 MPa or more is used, it has been pointed out that it is extremely difficult to process into a predetermined shape by pressing. This is because it is difficult to achieve a balance with formability (stretch flange characteristics, bending characteristics, etc.) when the tensile strength is increased. A steel material with a tensile strength of 980 MPa is composed of two phases, martensite and ferrite, to improve ductility, but when it is subjected to press working, it is microscopically at the interface between ferrite and martensite. It is also known that cracks occur and cracks occur based on them.

特許文献4の技術は、普通低炭素鋼を熱処理の受入材として用いて、所望の強度、延性を得ようとする技術であるが、鋼材全体をマルテンサイト化した後に冷間圧延して均質に微細化することが必要である。従って、圧延機能を備えた設備が必要となり、設備コスト、製造コストの点で課題がある。これは、特許文献4の実施例において板厚2mmの普通低炭素鋼材が例示されていることからも明らかなように、ある程度の板厚の鋼を高強度化、高延性化するためには、板厚方向にも均質な微細化が必要であり、そのためマルテンサイト化後における所定条件下での冷間圧延工程が必須だからである。   The technique of Patent Document 4 is a technique for obtaining desired strength and ductility by using ordinary low carbon steel as an acceptor for heat treatment. After the whole steel material is martensitic, it is cold-rolled and homogenized. It is necessary to make it finer. Accordingly, equipment having a rolling function is required, and there are problems in terms of equipment cost and manufacturing cost. As is apparent from the fact that an ordinary low carbon steel material having a thickness of 2 mm is exemplified in the example of Patent Document 4, in order to increase the strength and ductility of a steel having a certain thickness, This is because uniform refinement in the sheet thickness direction is necessary, and therefore a cold rolling process under a predetermined condition after the martensite formation is essential.

特許文献5の技術の場合、実施例において、板厚1.2mm、1.0mmの薄肉低炭素鋼の冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板を熱処理して微細化し高強度化している。予めプレス加工を施すことで低炭素鋼の高強度化を可能にしたものであるが、一つの部材を一定の引張り強さに制御することが記載されているに過ぎない。   In the case of the technique of Patent Document 5, in the examples, a cold rolled steel sheet and a hot rolled steel sheet made of thin-walled low carbon steel having a thickness of 1.2 mm and 1.0 mm are heat-treated and refined to increase the strength. Although it is possible to increase the strength of the low-carbon steel by performing press work in advance, it only describes that one member is controlled to a certain tensile strength.

ところで、自動車用のシートフレームは、人を安全に支える構造体としての強度と剛性が必要であると共に、衝突などの衝撃力から人を守るために、所定の剛性を保ちながら衝撃吸収エネルギーを大きくする必要がある。しかしながら、これをシートフレームを形成するための鋼材の材料特性のみに依存していたのでは、上記した成形の困難性の点からも限界がある。さらに耐久性も改善する必要があるが、高強度化することで、切欠き感受性、残留応力が耐久劣化の要因となる。   By the way, a seat frame for automobiles requires strength and rigidity as a structure that safely supports people, and in order to protect people from impact forces such as collisions, it increases the shock absorption energy while maintaining a predetermined rigidity. There is a need to. However, if this depends only on the material characteristics of the steel material for forming the seat frame, there is a limit in terms of the difficulty of forming described above. Further, it is necessary to improve the durability. However, by increasing the strength, notch sensitivity and residual stress cause deterioration in durability.

そこで、本発明は、所定形状にプレス加工してその後に熱処理を施すことで、一つの部材に複数の物理的特性の領域を有する構成とし、強度、耐久性、剛性、衝撃吸収特性等のバランスに優れ、特に、シートフレームとして適する薄肉鋼加工品及びその熱処理方法を提供することを課題とする。   In view of this, the present invention has a configuration in which a single member has a plurality of regions of physical characteristics by pressing into a predetermined shape and then performing a heat treatment, thereby balancing strength, durability, rigidity, shock absorption characteristics, and the like. An object of the present invention is to provide a thin-walled steel processed product suitable for a seat frame and a heat treatment method thereof.

上記課題を解決するため、本発明の薄肉鋼加工品は、薄肉鋼を所定形状にプレス加工してなる薄肉鋼加工品であって、一つの部材中に、物理的特性の異なる複数の領域が熱処理により形成されており、前記複数の領域中の一部の領域の引張り強さが980MPa以上であることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the thin-walled steel processed product of the present invention is a thin-walled steel processed product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape, and a plurality of regions having different physical characteristics are included in one member. It is formed by heat treatment, and the tensile strength of a part of the plurality of regions is 980 MPa or more.

前記複数の領域は、熱処理条件を領域毎に異ならせることにより、マルテンサイトの単相組織、マルテンサイトとフェライトの二相組織、又は粒径の異なる結晶粒を複数有する混粒組織に制御して得られることが好ましい。また、前記複数の領域は、引張り強さ、延性及び引張りの残留応力の少なくとも一つの物理的特性が異なることが好ましい。前記薄肉鋼の板厚が1.0mm以下であることが好ましい。前記薄肉鋼の板厚が0.8mm以下であることがより好ましい。前記薄肉鋼がヘミング加工により形成された重なり部に対して熱処理が施され、この重なり部における折り返し部位とその対面部位とが前記熱処理による高強度化と同時に溶着されている構成とすることができる。前記部材が、シートフレームを形成しているいずれかの板状のフレームであることが好ましい。   The plurality of regions can be controlled to have a single phase structure of martensite, a two-phase structure of martensite and ferrite, or a mixed grain structure having a plurality of crystal grains having different particle sizes by changing the heat treatment conditions for each region. It is preferable to be obtained. Further, it is preferable that at least one physical characteristic of the tensile strength, ductility, and tensile residual stress is different between the plurality of regions. The thickness of the thin steel is preferably 1.0 mm or less. The thickness of the thin steel is more preferably 0.8 mm or less. A heat treatment is performed on the overlapping portion formed by hemming of the thin steel, and the folded portion and the facing portion in the overlapping portion are welded at the same time as increasing the strength by the heat treatment. . It is preferable that the member is any plate-like frame forming a seat frame.

また、本発明は、薄肉鋼を所定形状にプレス加工してなる薄肉鋼加工品の熱処理方法であって、400℃/秒以上の加熱速度で常温からA1変態点より高温に至るまで急加熱する急加熱工程と、前記急加熱工程後、800℃/秒以上の冷却速度で急冷する急冷工程とを有し、熱処理対象の部材に対し、前記急加熱工程の加熱温度の調整、又は、前記急冷工程の急冷開始温度をA1変態点以上とするかA1変態点未満とするかにより、物理的特性の異なる複数の領域を形成し、その一部の領域を引張り強さ980MPa以上に制御することを特徴とする薄肉鋼加工品の熱処理方法を提供する。   The present invention is also a heat treatment method for a thin-walled steel product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape, and rapidly heats from room temperature to a temperature higher than the A1 transformation point at a heating rate of 400 ° C./second or more. A rapid heating step and a rapid cooling step of rapid cooling at a cooling rate of 800 ° C./second or more after the rapid heating step, adjusting the heating temperature of the rapid heating step for the member to be heat-treated, or the rapid cooling A plurality of regions having different physical properties are formed depending on whether the rapid cooling start temperature of the process is higher than the A1 transformation point or lower than the A1 transformation point, and a part of the region is controlled to have a tensile strength of 980 MPa or more. Provided is a heat treatment method for a thin-walled steel product.

前記薄肉鋼が複数枚重なり合っている重なり部に対し、前記急加熱工程と前記急冷工程を施して熱処理することが好ましい。前記重なり部として、ヘミング加工により形成されている部位に熱処理を施すことができる。前記ヘミング加工により形成された重なり部における折り返し部位とその対面部位とを、前記急加熱工程と前記急冷工程により、高強度化と同時に溶着する構成とすることが好ましい。また、前記対面部位に隣接する部分に外方に突出させた突起部が形成されており、該突起部が前記急加熱工程により溶融し、前記折り返し部位と対面部位との間に侵入する構成とすることができる。前記急加熱工程における加熱速度が1000℃/秒以上であることが好ましく、前記急冷工程における冷却速度が1000℃/秒以上であることが好ましい。   It is preferable to heat-treat by applying the rapid heating step and the rapid cooling step to an overlapping portion where a plurality of the thin steels overlap. As the overlapping portion, heat treatment can be performed on a portion formed by hemming. It is preferable that the folded portion and the facing portion in the overlapping portion formed by the hemming are welded simultaneously with increasing strength by the rapid heating step and the rapid cooling step. In addition, a protrusion protruding outward is formed in a portion adjacent to the facing portion, and the protrusion is melted by the rapid heating step and enters between the folded portion and the facing portion. can do. The heating rate in the rapid heating step is preferably 1000 ° C./second or more, and the cooling rate in the rapid cooling step is preferably 1000 ° C./second or more.

本発明によれば、 薄肉鋼を所定形状にプレス加工してなる薄肉鋼加工品であって一つの部材中に、物理的特性の異なる複数の領域が熱処理により形成されており、その中の一部の領域の引張り強さが980MPa以上である。すなわち、プレス加工された薄肉鋼加工品に熱処理を施すことにより、一部に引張り強さ980MPa以上も領域が設定されている。引張り強さ980MPa以上の高強度高靱性鋼(高張力鋼)を用いた場合には、上記したようにプレス加工による成形性が悪く、従来のように材料特性のみに依拠していたのでは、結果として、加工度の高い部分(例えば、ヘミング加工した部分)にこのような高強度部を設けることはできないが、本発明によれば、加工度の高い部分においても引張り強さ980MPa以上の部位を設けることができ、薄肉鋼加工品の剛性を上げることができる。   According to the present invention, a thin-walled steel product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape, and a plurality of regions having different physical properties are formed in one member by heat treatment. The tensile strength of the area of the part is 980 MPa or more. That is, by subjecting the pressed thin-walled steel product to a heat treatment, a region having a tensile strength of 980 MPa or more is set in part. When a high strength high toughness steel (high tensile steel) with a tensile strength of 980 MPa or more is used, the formability by press working is poor as described above, and the conventional method relies only on the material properties. As a result, such a high-strength portion cannot be provided in a portion with a high degree of processing (for example, a portion subjected to hemming), but according to the present invention, a portion having a tensile strength of 980 MPa or more even in a portion with a high degree of processing. Can be provided, and the rigidity of the thin-walled steel product can be increased.

その一方、引張り強さ、延性及び引張りの残留応力のいずれかにおいて異なる特性を備えた構成とすることにより、上記したような剛性の高い部分、衝撃を受けた際のエネルギー吸収機能を果たす部分、耐久性を向上させる部分を一つの部材に設定できる。このため、特に、乗物用のシートフレームとして適する。   On the other hand, by adopting a configuration having different characteristics in any of tensile strength, ductility and tensile residual stress, a portion having high rigidity as described above, a portion that performs an energy absorption function when subjected to an impact, The part which improves durability can be set to one member. For this reason, it is particularly suitable as a vehicle seat frame.

また本発明の熱処理方法によれば、熱処理を施す部位に応じて、急冷開始時点をA1変態点以上とするかA1変態点未満とするかにより、引張り強さ等の特性を部分的に容易に所定の値に調整できる。また、熱処理を施すことでプレス加工等に伴う引張り方向の残留応力を除去することもできる。   Further, according to the heat treatment method of the present invention, characteristics such as tensile strength can be partly easily made depending on whether the rapid cooling start time is set to be equal to or higher than the A1 transformation point or less than the A1 transformation point depending on the part to be heat treated. It can be adjusted to a predetermined value. Further, residual stress in the tensile direction accompanying press working or the like can be removed by performing heat treatment.

また、プレス加工等により、薄肉鋼が複数枚重なり合っている重なり部を熱処理することにより、複数枚を一体化する溶着を同時に行うことも可能である。特に、ヘミング加工により形成されている折り返し部位とその対面部位とを熱処理し、同時に溶着が行われる構成とすることで、当該部位における機械結合力を高めることができる。   Moreover, it is also possible to simultaneously perform welding for integrating a plurality of sheets by heat-treating an overlapping portion where a plurality of thin-wall steels are overlapped by press working or the like. In particular, when the folded portion formed by hemming and the facing portion are heat-treated and simultaneously welded, the mechanical coupling force at the portion can be increased.

図1は、本発明の一の実施形態に係る薄肉鋼加工品であるシートフレームを示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a seat frame that is a thin-walled steel product according to one embodiment of the present invention. 図2は、図1の側面図である。FIG. 2 is a side view of FIG. 図3(a),(b)は、図2のC線に沿った断面図である。3A and 3B are cross-sectional views taken along line C in FIG. 図4(a)〜(d)は、ヘミング加工した部分において突起部を設けた場合の熱処理を説明するための図である。FIGS. 4A to 4D are views for explaining heat treatment in the case where a protrusion is provided in a hemmed portion. 図5は、熱処理設備の一例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a heat treatment facility. 図6は、熱処理設備の高周波電極を示した図である。FIG. 6 is a view showing a high-frequency electrode of the heat treatment facility. 図7は、試験例の熱処理における目標温度履歴曲線である。FIG. 7 is a target temperature history curve in the heat treatment of the test example. 図8は、試験例における引張り試験に供した試験片形状を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing the shape of a test piece subjected to a tensile test in a test example. 図9は、試験例で用いたSPCC/t1.0の応力−ひずみ曲線を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a stress-strain curve of SPCC / t1.0 used in the test example. 図10は、試験例で用いたSPHC/t1.2の応力−ひずみ曲線を示した図である。FIG. 10 is a view showing a stress-strain curve of SPHC / t1.2 used in the test example. 図11は、SPCC/t1.0とSPHC/t1.2の各試料のミクロ組織を示した図であり、(a)が素材、(b)が高周波焼入れを行ったもの、(c)が電気炉焼入れを行ったものの図である。FIG. 11 is a diagram showing the microstructure of each sample of SPCC / t1.0 and SPHC / t1.2, where (a) is a material, (b) is induction-hardened, and (c) is electricity. It is the figure of what performed furnace hardening. 図12は、試験例で用いたSPCC/t0.5の熱処理の温度履歴を示した図である。FIG. 12 is a diagram showing the temperature history of the heat treatment of SPCC / t0.5 used in the test example. 図13は、試験例で用いたSPCC/t0.5の応力-ひずみ曲線を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing a stress-strain curve of SPCC / t0.5 used in the test example. 図14は、試験例で用いたSPCC/t0.5の各資料のミクロ組織を示した図であり、(a)が試料A、(b)が試料B、(c)が試料Cを示した図である。FIG. 14 is a diagram showing the microstructure of each material of SPCC / t0.5 used in the test example. (A) shows sample A, (b) shows sample B, and (c) shows sample C. FIG. 図15は、試験例で用いたSPFC/t0.6の熱処理の温度履歴を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing a temperature history of the heat treatment of SPFC / t0.6 used in the test example. 図16は、試験例で用いたSPFC/t0.6の応力-ひずみ曲線を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing a stress-strain curve of SPFC / t0.6 used in the test example. 図17は、試験例で用いたSPFC/t0.6の各資料のミクロ組織を示した図であり、(a)が試料A、(b)が試料B、(c)が試料Cを示した図である。FIG. 17 is a diagram showing the microstructure of each SPFC / t0.6 material used in the test example, where (a) shows sample A, (b) shows sample B, and (c) shows sample C. FIG. 図18(a)は、SPCC/0.5tとSPFC440/0.6tの薄板を用いて製作したサイドフレームを含む自動車用のシートフレームの斜視図であり、図18(b)は図18(a)の側面図であり、図18(c)は、図18(b)のA−A線断面図であり、図18(d)は、図18(b)のB−B線断面図である。FIG. 18A is a perspective view of an automobile seat frame including a side frame manufactured using SPCC / 0.5t and SPFC440 / 0.6t thin plates, and FIG. 18B is a perspective view of FIG. FIG. 18C is a side view taken along the line AA in FIG. 18B, and FIG. 18D is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 18B. 図19は、下方向荷重を付加した際のシートフレームの変形挙動を示した図であり、(a)は付加前の状態を示し、(b)は付加後の状態を示す。FIG. 19 is a diagram showing the deformation behavior of the seat frame when a downward load is applied. (A) shows a state before addition, and (b) shows a state after addition. 図20は、フレームからの反力と変位の解析結果を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing the analysis results of reaction force and displacement from the frame.

本発明において、熱処理対象となる薄肉鋼加工品は、薄肉のもの(以下、「薄肉鋼」という)を用いてプレス加工により所定形状に加工される。薄肉鋼としては、自動車のシートフレームなどに用いられる安価で加工性のよい圧延鋼板が適し、冷間圧延鋼板と熱間圧延鋼板のいずれも含む。厚さは、1.2mm以下である。これより厚い鋼の場合、急加熱・急冷を行うに当たって、大きな熱源と大規模な冷却設備が必要となり、あるいは、熱処理に時間がかかる結果となる。薄肉鋼加工品の所望部位を迅速に急加熱、急冷の熱処理工程によって高強度化を図り、かつ、製品の軽量化も考慮すると、厚さ1.0mm以下の薄肉鋼が好ましく、厚さ0.8mm以下の薄肉鋼がより好ましく、厚さ0.5mm以下の薄肉鋼がさらに好ましい。   In the present invention, a thin steel product to be heat-treated is processed into a predetermined shape by pressing using a thin-walled product (hereinafter referred to as “thin steel”). As thin-walled steel, rolled steel sheets that are inexpensive and have good workability are suitable for use in automobile seat frames, and include both cold-rolled steel sheets and hot-rolled steel sheets. The thickness is 1.2 mm or less. When steel is thicker than this, a large heat source and a large-scale cooling facility are required for rapid heating / cooling, or heat treatment takes time. In consideration of increasing the strength of a desired part of a thin-walled steel product by rapid and rapid heating and quenching heat treatment processes and considering the weight reduction of the product, a thin-wall steel having a thickness of 1.0 mm or less is preferable. Thin wall steel of 8 mm or less is more preferable, and thin wall steel of 0.5 mm or less is further preferable.

上記薄肉鋼としては、安価な材料を用いることで、シートフレーム等の製造コストの低減を図ることができるため炭素含有量の少ないものが好ましく、質量%で0.12%以下、さらには0.1%以下が好ましく、0.05%以下であることがより好ましい。また、Mnの含有量が質量%で1.5%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましい。炭素含有量の下限は限定されるものではないが、後述の試験例では0.002%のものでも本発明の方法により高強度化が図られている。但し、本発明は、既にプレス加工等を行った後の部位に熱処理を施すものであり、薄肉鋼としては、高張力鋼であってもよく、炭素含有量や合金元素の含有量がより多いものも本発明の熱処理対象となる。例えば、590MPa級、780MPa級、980MPa級以上の冷延鋼板は、フェライト+マルテンサイトの二相組織である。これは、プレス加工等に供するために所定以上の延性を持たせるために二相組織としているが、二相組織の場合には界面でのマイクロクラックが生じやすい。しかしながら、このような冷延鋼板を用いて薄肉鋼加工品を製作した後に、本発明の熱処理を適用した場合には、二相組織がマルテンサイトの単相組織になりマイクロクラックが生じにくくなるという利点がある。   As the thin-walled steel, an inexpensive material can be used to reduce the manufacturing cost of a seat frame or the like, so that the carbon content is low. It is preferably 1% or less, and more preferably 0.05% or less. Moreover, it is preferable that content of Mn is 1.5% or less by mass%, and it is more preferable that it is 0.5% or less. Although the lower limit of the carbon content is not limited, in the test examples described later, even the 0.002% content is enhanced by the method of the present invention. However, in the present invention, heat treatment is performed on a portion that has already been subjected to press working or the like, and the thin-walled steel may be high-tensile steel, and has a higher carbon content and alloy element content. Those are also subject to the heat treatment of the present invention. For example, cold rolled steel sheets of 590 MPa class, 780 MPa class, and 980 MPa class or higher have a two-phase structure of ferrite + martensite. This is a two-phase structure in order to provide a ductility of a predetermined level or more for use in press working or the like, but in the case of a two-phase structure, microcracks at the interface are likely to occur. However, after manufacturing a thin-walled steel product using such a cold-rolled steel sheet, when the heat treatment of the present invention is applied, the two-phase structure becomes a martensitic single-phase structure and microcracks are less likely to occur. There are advantages.

もっとも、本発明は、薄肉のプレス加工品に限定することにより、炭素含有量が低くても強度を上げるとことができる共に、延性とのバランスも図ることができるため、炭素以外の合金元素の添加等を行うことは必須ではないため、リサイクル性に優れている。なお、本発明の薄肉鋼加工品を形成している薄肉鋼としては板状のものが対象である。   However, the present invention is limited to thin-walled pressed products, so that the strength can be increased even if the carbon content is low, and the balance with ductility can also be achieved. Since it is not essential to perform addition, etc., it is excellent in recyclability. In addition, plate-shaped thing is object as thin-walled steel which forms the thin-walled steel processed goods of this invention.

上記薄肉鋼加工品の所望部位の熱処理は、次のような急加熱工程と急冷工程により行われる。急加熱工程は、高周波電極を用いて、薄肉鋼を、400℃/秒以上の加熱速度で常温からA1変態点以上の温度(通常、約750〜1250℃)まで加熱する。加熱速度は、好ましくは1000℃/秒以上、より好ましくは2000℃/秒以上である。さらには、加熱対象の所望部位が高周波電極に対して相対的に移動することによって、高周波電極により加熱され初めてから高周波電極に対面している位置を通り過ぎるまでの間が0.5秒以内、好ましくは0.2秒以内、より好ましくは0.1秒以内で常温からA1変態点以上の温度まで加熱する。上記したように、薄肉鋼加工品は極めて薄いため、このような極めて短い時間でA1変態点以上まで加熱することが可能である。   Heat treatment of the desired part of the thin-walled steel product is performed by the following rapid heating process and rapid cooling process. In the rapid heating step, the thin steel is heated from room temperature to a temperature equal to or higher than the A1 transformation point (usually about 750 to 1250 ° C.) at a heating rate of 400 ° C./second or more using a high-frequency electrode. The heating rate is preferably 1000 ° C./second or more, more preferably 2000 ° C./second or more. Furthermore, since the desired part to be heated moves relative to the high-frequency electrode, the time from when it is first heated by the high-frequency electrode until it passes the position facing the high-frequency electrode is within 0.5 seconds, preferably Is heated from room temperature to a temperature equal to or higher than the A1 transformation point within 0.2 seconds, more preferably within 0.1 seconds. As described above, since the thin steel product is extremely thin, it can be heated to the A1 transformation point or higher in such a very short time.

急冷工程は、A1変態点以上の所定の温度まで加熱した後、水冷により急冷する。冷却速度は、800℃/秒以上、好ましくは1000℃/秒以上、より好ましくは2000℃/秒以上である。さらには、加熱された所望部位が、冷却設備に対して相対的に移動することによって水により、0.5秒以内、好ましくは0.2秒以内、より好ましくは0.1秒以内で急冷開始時点の温度から常温付近まで温度を低下させる。この場合も、薄肉鋼加工品の厚さが極めて薄いため、このような短時間で急冷できる。   In the rapid cooling step, after heating to a predetermined temperature not lower than the A1 transformation point, rapid cooling is performed by water cooling. The cooling rate is 800 ° C./second or more, preferably 1000 ° C./second or more, more preferably 2000 ° C./second or more. Furthermore, when the desired part that has been heated moves relative to the cooling equipment, water starts to cool within 0.5 seconds, preferably within 0.2 seconds, more preferably within 0.1 seconds. Reduce the temperature from the current temperature to near room temperature. Also in this case, since the thickness of the thin steel product is extremely thin, it can be rapidly cooled in such a short time.

水による急冷開始温度を「A1変態点」以上とした場合には、マルテンサイトの単相からなる組織等、マルテンサイト相が大部分を占める組織が形成される。水による急冷開始温度を「A1変態点」未満とした場合には、例えば、結晶粒径1〜5μmの微細な結晶と10μm以上の結晶が混ざったフェライトの単相の混粒組織が形成される。従って、A1変態点以上から急冷した場合には、引張り強度は高くなるが、延性は低めになる。A1変態点未満から急冷した場合には、マルテンサイトの単相組織よりも引張り強度は低くなるが延性は高くなる。   When the quenching start temperature with water is not less than the “A1 transformation point”, a structure in which the martensite phase occupies most, such as a structure composed of a single martensite phase, is formed. When the quenching start temperature with water is less than the “A1 transformation point”, for example, a single-phase mixed grain structure of ferrite in which fine crystals having a crystal grain size of 1 to 5 μm and crystals of 10 μm or more are mixed is formed. . Therefore, when quenching from the A1 transformation point or higher, the tensile strength increases, but the ductility decreases. When quenched from below the A1 transformation point, the tensile strength is lower than that of the martensite single-phase structure, but the ductility is increased.

本発明は、プレス加工により、薄肉鋼を所定形状に加工した薄肉鋼加工品に対して熱処理を行う。薄肉鋼加工品としては、自動車などの乗物用シートのシートフレーム等が挙げられるが、本発明では、サイドフレーム等の一つの部材に複数の物理的特性を設定したものである。例えば、図1及び図2に示したシートフレーム1において、薄肉鋼が複数枚重なり合った重なり部に対して熱処理を施すと、その部分において重なり合った薄肉鋼同士が溶着される。特に、図1に示したように、サイドフレーム2として採用される2枚の薄肉鋼(インナーフレーム10、アウターフレーム20(図3参照))を重ね合わせ、インナーフレーム10の端縁を180度折り返すヘミング加工を行って重なり合った部分(重なり部2a)に対して熱処理することが好ましい。 In the present invention, heat treatment is performed on a thin steel product obtained by processing thin steel into a predetermined shape by press working. Examples of the thin-walled steel processed product include a seat frame of a vehicle seat such as an automobile. In the present invention, a plurality of physical characteristics are set in one member such as a side frame. For example, in the seat frame 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2, when heat treatment is performed on an overlapping portion in which a plurality of thin steels overlap, the thin steels that overlap in that portion are welded together. In particular, as shown in FIG. 1, two pieces of thin steel (inner frame 10 and outer frame 20 (see FIG. 3)) used as the side frame 2 are overlapped, and the edge of the inner frame 10 is folded back 180 degrees. It is preferable to heat-treat the overlapping portion ( overlapping portion 2a) by performing hemming.

図3に示したように、インナーフレーム10の端縁を折り返した折り返し部位11とこの折り返し部位11に対面するアウターフレーム20の対面部位21に対して、熱処理を行う。高周波電極30からの距離は、折り返し部位11の方が対面部位21よりも近い。しかし、図3(a)に示したように、折り返し部位11及び対面部位21を含んだフランジ部は、板が3枚重ねになっているため温度上昇しにくい。しかし、図3(b)に示したように、折り返し部位11の裏側(すなわち、折り返し部位11と対面部位21との間)に空隙を設けた構成としておくと、このフランジ部は温度上昇しやすい。従って、両者が同時に加熱された後急冷される場合、急冷開始時点の温度は、裏側に空隙のある折り返し部位11の方が高くなる。このため、裏側に空隙のある折り返し部位11の方が対面部位21よりも引張り強度が高く、延性が低くなる。このとき、裏側に空隙のある折り返し部位11の急冷開始時点の温度がA1変態点以上であれば、折り返し部位11は、マルテンサイト相が大部分を占めた組織(例えば、マルテンサイト相の単相組織)となる。対面部位21の急冷開始時点の温度がA1変態点未満であれば、例えば、結晶粒径1〜5μmの微細な結晶と10μm以上の結晶が混ざったフェライトの単相の混粒組織となり、延性が高めになる。すなわち、折り返し部位11を、マルテンサイト相の単相組織とすることにより、シートフレームの強度の向上が図られる。一方、アウターフレーム20の対面部位21においては、所定の延性を備えているため、衝撃を受けた際には、粘りながら変形し、衝撃吸収特性に役立つ。   As shown in FIG. 3, heat treatment is performed on the folded portion 11 where the edge of the inner frame 10 is folded and the facing portion 21 of the outer frame 20 facing the folded portion 11. The distance from the high frequency electrode 30 is closer to the folded portion 11 than to the facing portion 21. However, as shown in FIG. 3A, the flange portion including the folded-back portion 11 and the facing portion 21 is not easily raised in temperature because three plates are stacked. However, as shown in FIG. 3B, if the gap is provided on the back side of the folded portion 11 (that is, between the folded portion 11 and the facing portion 21), the temperature of the flange portion is likely to increase. . Therefore, when both are heated at the same time and then rapidly cooled, the temperature at the start of the rapid cooling is higher in the folded portion 11 having a gap on the back side. For this reason, the folded portion 11 having a gap on the back side has higher tensile strength and lower ductility than the facing portion 21. At this time, if the temperature at the time of the rapid cooling start of the folded part 11 having voids on the back side is equal to or higher than the A1 transformation point, the folded part 11 has a structure in which the martensite phase occupies most (for example, a single phase of the martensite phase). Organization). If the temperature at the start of quenching of the facing part 21 is less than the A1 transformation point, for example, a single-phase mixed grain structure of ferrite in which fine crystals with a crystal grain size of 1 to 5 μm and crystals with a diameter of 10 μm or more are mixed is obtained. Become higher. That is, the strength of the seat frame can be improved by forming the folded portion 11 with a single-phase structure of martensite phase. On the other hand, since the facing portion 21 of the outer frame 20 has a predetermined ductility, when it receives an impact, it deforms while sticking, which is useful for impact absorption characteristics.

インナーフレーム10の折り返し部位11とアウターフレーム20の対面部位21とは、上記のような熱処理が行われることにより、裏側に空隙のある折り返し部11が溶融し、重力ないし圧力(空気圧や水圧)によりアウターフレーム20の対面部位21に溶着されることが好ましい。これにより、ヘミング加工した部位の機械結合力を高めることができる。しかも、本発明によれば、熱処理による表面組織の改質と溶着とを一つの工程で達成できるため、作業工程が簡素化でき、製造コストの低減にもつながる。   The folded portion 11 of the inner frame 10 and the facing portion 21 of the outer frame 20 are subjected to the heat treatment as described above, so that the folded portion 11 having a gap on the back side melts and is caused by gravity or pressure (air pressure or water pressure). It is preferably welded to the facing portion 21 of the outer frame 20. Thereby, the mechanical coupling force of the site | part which carried out hemming process can be raised. In addition, according to the present invention, the modification and welding of the surface structure by heat treatment can be achieved in one process, so that the work process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

折り返し部位11と対面部位21との溶接を別の部位で行わせるために、図4(a),(c)に示したように、アウターフレーム20における対面部位21に隣接する部分に外方に突出させた突起部22を形成しておくこともできる。この突起部22は、インナーフレーム10の折り返し部位11と同じ高さかそれよりも高くなるように設けることが好ましい。これにより、高周波電極との距離が近くなり、突起部22は加熱時に溶融して(図4(b),(d)参照)、折り返し部位11と対面部位21との間隙に入り込み溶加材の機能を果たし、折り返し部位11と対面部位21との溶着を確実に行うことができる。なお、突起部22の形状は限定されるものではなく、図4(a)に示したように、対面部位21に隣接して湾曲状に突出させてもよいし、図4(c)に示したように、対面部位21に隣接する部分全体を外方に膨出させた形状でもよい。溶融時には、図4(a)の突起部22は例えば図4(b)に示したように溶融変形して折り返し部位11と対面部位21との間隙に入り込み、図4(c)の突起部22は例えば図4(d)に示したように溶融変形して折り返し部位11と対面部位21との間隙に入り込む。   In order to perform welding of the folded portion 11 and the facing portion 21 at another portion, as shown in FIGS. 4A and 4C, the outer frame 20 has a portion adjacent to the facing portion 21 outward. The protruding protrusion 22 can also be formed. The protrusion 22 is preferably provided so as to be the same height as or higher than the folded portion 11 of the inner frame 10. As a result, the distance from the high-frequency electrode is reduced, and the protrusion 22 is melted during heating (see FIGS. 4B and 4D), and enters the gap between the folded portion 11 and the facing portion 21 to form the filler material. The function is achieved, and the folded portion 11 and the facing portion 21 can be reliably welded. The shape of the protrusion 22 is not limited. As shown in FIG. 4A, the protrusion 22 may be protruded in a curved shape adjacent to the facing portion 21, or as shown in FIG. As described above, the entire portion adjacent to the facing portion 21 may be bulged outward. At the time of melting, the protruding portion 22 in FIG. 4A melts and deforms, for example, as shown in FIG. 4B, and enters the gap between the folded portion 11 and the facing portion 21, and the protruding portion 22 in FIG. 4C. For example, as shown in FIG. 4D, it melts and deforms and enters the gap between the folded portion 11 and the facing portion 21.

ここで、熱処理設備100は、図5に示したように、高周波電極30、水冷ノズル40を有すると共にワークを把持して位置制御するロボットアーム50を備えている。高周波電極30は、図6に示したように、平面から見て略U字状に形成さているものが好ましい。そして、ワークの熱処理対象部が略U字状の2本の対向辺部31,32の対向方向(図6の矢印方向)に沿って相対的に動くように操作される。それにより、熱処理対象部は、最初に通過する対向辺部31により第1段階の加熱がなされ、次に通過する対向辺部32により第2段階の加熱がなされるため、2つの対向辺部31,32が通過する間に、一気に常温からA1変態点以上まで加熱される。また、高周波電極30(対向辺部31,32)は、急加熱するために、熱処理対象部に対して数mm以下(例えば、1〜3mm)の離間距離となるように設定される。   Here, as shown in FIG. 5, the heat treatment facility 100 includes a high-frequency electrode 30 and a water-cooling nozzle 40 and a robot arm 50 that grips a workpiece and controls its position. As shown in FIG. 6, the high-frequency electrode 30 is preferably formed in a substantially U shape when viewed from above. And the heat processing object part of a workpiece | work is operated so that it may move relatively along the opposing direction (arrow direction of FIG. 6) of the two opposing side parts 31 and 32 of a substantially U shape. Thereby, the heat treatment target part is heated in the first stage by the opposing side part 31 that passes first, and is heated in the second stage by the opposing side part 32 that passes next, so that the two opposing side parts 31 are heated. , 32 are heated from room temperature to the A1 transformation point or higher at a stretch. Further, the high frequency electrode 30 (opposing side portions 31 and 32) is set to have a separation distance of several mm or less (for example, 1 to 3 mm) with respect to the heat treatment target portion for rapid heating.

また、本発明によれば、プレス加工による伸びフランジ部に生じる引張りの残留応力をその部位への熱処理によって低減でき、あるいはゼロにでき、あるいは圧縮の残留応力が生じた状態とすることができ、それにより、製品の耐久性を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the tensile residual stress generated in the stretch flange portion by press working can be reduced by heat treatment to the part, or it can be made zero, or a state in which compressive residual stress is generated can be achieved. Thereby, the durability of the product can be improved.

(試験例)
(試料)
供試材料として、自動車用極軟鋼薄鋼板SPCC/t1.0、SPCC/t0.5、SPHC/t1.2、および自動車用低炭素薄鋼板SPFC440/t0.6を用いた。表1は、ミルシートによる化学成分を示す。炭素含有量は、SPCC/t1.0は0.002 mass%、SPHC/t1.2は0.050 mass%、SPCC/t0.5は0.040 mass%、SPFC440/t0.6は0.120 mass%である。
(Test example)
(sample)
As test materials, automotive mild steel sheet SPCC / t1.0, SPCC / t0.5, SPHC / t1.2 and automotive low carbon sheet SPFC440 / t0.6 were used. Table 1 shows chemical components by the mill sheet. The carbon content is 0.002 mass% for SPCC / t1.0, 0.050 mass% for SPHC / t1.2, 0.040 mass% for SPCC / t0.5, and 0.120 mass% for SPFC440 / t0.6.

(熱処理)
高周波電源は、容量30kWの汎用装置を用いた。SPCC/t1.0、とSPHC/t1.2については、比較のために電気炉焼入れも行った。図7は、自動車用薄鋼板に加熱と冷却を施すことによる目標温度履歴曲線を示す。温度の計測は、サーモグラフィーを使用し、図6に示したように測定した。表2は、その熱処理条件を示す。
(Heat treatment)
A general-purpose device with a capacity of 30 kW was used as the high-frequency power source. For SPCC / t1.0 and SPHC / t1.2, electric furnace quenching was also performed for comparison. FIG. 7 shows a target temperature history curve obtained by heating and cooling a thin steel sheet for automobiles. The temperature was measured using thermography as shown in FIG. Table 2 shows the heat treatment conditions.

(引張り試験)
SPCC/t1.0、SPCC/t0.5、SPHC/t1.2、およびSPFC440/t0.6各試料は、熱処理した部分をワイヤー放電加工によって切り出し、図8に示すJIS−Z2201規定13B号の試験片形状とした。精密万能試験機(AG-250kNG、島津製作所製)を用いて、表3に示す試験条件で引張試験を行い、それぞれの試料の引張り強さや破断伸びなどを評価した。
(Tensile test)
SPCC / t1.0, SPCC / t0.5, SPHC / t1.2, and SPFC440 / t0.6 samples were cut by wire electrical discharge machining and the test of JIS-Z2201 regulation 13B shown in FIG. It was a single shape. Using a precision universal testing machine (AG-250kNG, manufactured by Shimadzu Corp.), a tensile test was performed under the test conditions shown in Table 3, and the tensile strength and elongation at break of each sample were evaluated.

(ミクロ組織観察)
熱処理を行った試料表面には酸化膜が付着しているため、耐水研磨紙で取り除き、試料表面を鏡面に仕上げた。その後、腐食液としてピクラール(アルコール:ピクリン酸=100:5)を用い、10〜30秒程度の浸漬によりエッチングを行った。
(Microstructure observation)
Since an oxide film adhered to the heat-treated sample surface, it was removed with water-resistant abrasive paper, and the sample surface was finished to a mirror surface. Thereafter, etching was performed by immersion for about 10 to 30 seconds using picral (alcohol: picric acid = 100: 5) as a corrosive solution.

(実験結果)
・SPCC/t1.0およびSPHC/t1.2について
図9は、SPCC/t1.0の応力−ひずみ曲線を示し、図10は、SPHC/t1.2の応力−ひずみ曲線を示す。SPCC、SPHC共に、高周波焼入れを行うことにより、素材と比較すると、引張強さについては、約300MPaから約600MPaまで2倍程度増加している。一方で、破断伸びについては、約40%から20%未満に、1/2程度減少している。これらの結果から、炭素含有量0.1%以下(Mn1.5%以下)、さらには、炭素含有量0.05%以下(Mn0.5%以下)の自動車用極軟鋼薄鋼板でも熱処理による強度増加が可能であると言える。
(Experimental result)
-About SPCC / t1.0 and SPHC / t1.2 FIG. 9 shows the stress-strain curve of SPCC / t1.0, and FIG. 10 shows the stress-strain curve of SPHC / t1.2. By performing induction hardening for both SPCC and SPHC, the tensile strength has increased by about twice from about 300 MPa to about 600 MPa compared to the material. On the other hand, the elongation at break is reduced by about 1/2 from about 40% to less than 20%. From these results, it is possible to increase the strength by heat treatment even in the ultra mild steel sheet for automobiles with a carbon content of 0.1% or less (Mn1.5% or less) and a carbon content of 0.05% or less (Mn0.5% or less). It can be said that there is.

電気炉焼入れのSPCCについては、引張強さについては約400MPaとなり、高周波焼入れの試料と比較すると低い値を示した。一方、SPHCについては、引張強さについては高周波焼入れと同様であるが、破断伸びは10%未満となり、延性が極端に少なくなっている。電気炉焼入れの引張強さおよび破断伸びの違いについては、SPCCでは炭素含有量0.002 mass%であるのに対し、SPHCでは炭素含有量0.05 mass%であり、炭素含有量が異なることが原因と考えられる。   For the electric furnace quenching SPCC, the tensile strength was about 400 MPa, which was lower than that of the induction-quenched sample. On the other hand, the tensile strength of SPHC is the same as that of induction hardening, but the elongation at break is less than 10% and the ductility is extremely reduced. The difference in tensile strength and elongation at break in electric furnace quenching is thought to be due to the carbon content of SPCC having a carbon content of 0.002 mass%, while SPHC has a carbon content of 0.05 mass%, and the carbon content is different. It is done.

図11は、SPCC/t1.0とSPHC/t1.2の各試料のミクロ組織の観察結果を示す。(a)が素材、(b)が高周波焼入れを行ったもの、(c)が電気炉焼入れを行ったもので、いずれも左列がSPCC、右列がSPHCである。   FIG. 11 shows the observation results of the microstructure of each sample of SPCC / t1.0 and SPHC / t1.2. (A) is a raw material, (b) is induction-hardened, and (c) is electric furnace-hardened, both of which are SPCC in the left column and SPHC in the right column.

素材では、SPCC、SPHC共に平均結晶粒径が10μm程度の典型的なフェライト組織となっていることがわかる。素材に高周波焼入れを行うことにより、SPCC、SPHC共に結晶粒径1〜3μmの微細な結晶粒が10μm程度の結晶の粒界に分散した混粒組織となっている。一方で、電気炉焼入れでは、SPHCの方はほぼ全域にわたって、数10μmの粒界の中にパケット、ブロックおよびラスが認められるラスマルテンサイト組織となっている。   It can be seen that both SPCC and SPHC have a typical ferrite structure with an average grain size of about 10 μm. By subjecting the material to induction hardening, both SPCC and SPHC have a mixed grain structure in which fine crystal grains having a crystal grain size of 1 to 3 μm are dispersed at a grain boundary of about 10 μm. On the other hand, in the electric furnace quenching, the SPHC has a lath martensite structure in which packets, blocks, and lath are recognized in grain boundaries of several tens of μm over almost the entire region.

ミクロ組織の観察結果から、高周波焼入れによって、結晶粒径1〜3μmの微細な結晶粒が10μm程度の結晶の周囲に分散した混粒組織に変化したと推定され、これが強度向上に関連していると考えられる。以上から、通常は焼入れの対象にならない自動車用極軟鋼薄鋼板でも、冷却速度を十分高めることができる熱容量の小さい薄板であれば、焼入れによる強化が期待できることが確認された。   From the observation results of the microstructure, it is estimated that by induction hardening, fine crystal grains with a grain size of 1 to 3 μm changed to a mixed grain structure dispersed around a crystal with a size of about 10 μm, which is related to strength improvement. it is conceivable that. From the above, it was confirmed that even an ultra mild steel sheet for automobiles that is not normally subject to quenching can be strengthened by quenching if it is a thin sheet with a small heat capacity that can sufficiently increase the cooling rate.

次に、SPCC/t0.5は、図12に示すような温度履歴で、試料を作成した。それぞれ、急加熱により、1〜2秒でA1変態点(723℃)以上の温度になっている。最高温度の違いにより水冷ノズルで急冷される直前の温度は、試料BではA1変態点(723℃)未満であり、試料CではA1変態点(723℃)以上であった。   Next, SPCC / t0.5 prepared a sample with a temperature history as shown in FIG. In each case, the temperature is higher than the A1 transformation point (723 ° C.) in 1 to 2 seconds by rapid heating. The temperature immediately before quenching with the water-cooled nozzle due to the difference in the maximum temperature was less than the A1 transformation point (723 ° C.) in the sample B and more than the A1 transformation point (723 ° C.) in the sample C.

これら試料と素材(試料A)について、図13に応力−ひずみ曲線を、図14にミクロ組織を示す。引張り試験結果から、引張り強さ320MPa、破断伸び45%の素材(試料A)(図14(a))と比べると、A1変態点直下から急冷した試料B(図14(b))では、引張り強さ590MPaで約2倍、破断伸び20%で約1/2を示している。さらに、A1変態点直上から急冷した試料C(図14(c))では、引張り強さ840MPaで約2.7倍、破断伸び20%で約1/4を示している。これらの試料のミクロ組織を調べると、上記したSPCCおよびSPHCの結果と同様に、平均結晶粒径10μm程度のフェライト組織を示す素材(試料A)が、試料Bでは結晶粒径1〜5μmの微細な結晶と10μm以上の結晶が混ざった組織に変化しており、試料Cではマルテンサイト組織に変化している。   FIG. 13 shows the stress-strain curve and FIG. 14 shows the microstructure of these samples and the material (sample A). From the tensile test results, compared with the material (sample A) (Fig. 14 (a)) with a tensile strength of 320MPa and elongation at break of 45%, sample B (Fig. 14 (b)), which was quenched immediately below the A1 transformation point, was The strength is about double at 590MPa and about 1/2 at 20% elongation at break. Furthermore, Sample C (FIG. 14 (c)) rapidly cooled from directly above the A1 transformation point shows about 2.7 times at a tensile strength of 840 MPa and about 1/4 at a breaking elongation of 20%. Examining the microstructure of these samples, as in the results of SPCC and SPHC described above, the material (sample A) showing a ferrite structure with an average crystal grain size of about 10 μm is fine in sample B with a crystal grain size of 1 to 5 μm. In the sample C, the structure changed to a martensite structure.

SPFC440/t0.6は、図15に示すような温度履歴で試料を作成した。それぞれ、急加熱により、1〜2秒でA1変態点(723℃)以上の温度になっている。時間経過の違いにより水冷ノズルで急冷される直前の温度は、試料BではA1変態点(723℃)未満であり、試料CではA1変態点(723℃)以上であった。   SPFC440 / t0.6 prepared a sample with a temperature history as shown in FIG. In each case, the temperature is higher than the A1 transformation point (723 ° C.) in 1 to 2 seconds by rapid heating. The temperature immediately before quenching with the water-cooled nozzle due to the difference in time was less than the A1 transformation point (723 ° C.) in the sample B and more than the A1 transformation point (723 ° C.) in the sample C.

これら試料と素材(試料A)について、図16に応力−ひずみ曲線を、図17にミクロ組織を示す。引張り試験結果から、引張り強さ450MPa、破断伸び35%の素材(試料A)(図17(a))と比べると、A1変態点直下から急冷した試料B(図17(b))では、引張り強さ830MPaで約2倍、破断伸び17%で約1/2を示している。さらに、A1変態点直上から急冷した試料C(図17(c))では、引張り強さ1220MPaで約2.7倍、破断伸び10%で約1/4を示している。これらの試料のミクロ組織を調べると、平均結晶粒径6μm程度のフェライト組織を示す素材(試料A)が、試料Bでは平均結晶粒径2μmに微細化している。一方、試料Cでは平均結晶粒径3μmに微細化するとともに、一部にマルテンサイト組織が認められる。このことから、プレス加工により所定形状に加工した後に本発明の熱処理を適用することにより、980MPa以上の引張り強さを備えた薄肉鋼加工品が得られることがわかる。   FIG. 16 shows a stress-strain curve and FIG. 17 shows a microstructure of these samples and the material (sample A). From the tensile test results, compared with the material (sample A) (Fig. 17 (a)) with a tensile strength of 450MPa and an elongation at break of 35%, the sample B (Fig. 17 (b)) quenched immediately below the A1 transformation point has a tensile strength. The strength is about double at 830MPa and about 1/2 at 17% elongation at break. Further, Sample C (FIG. 17C) rapidly cooled from directly above the A1 transformation point shows about 2.7 times when the tensile strength is 1220 MPa and about 1/4 when the elongation at break is 10%. When the microstructure of these samples is examined, a material (sample A) showing a ferrite structure having an average crystal grain size of about 6 μm is refined to an average crystal grain size of 2 μm in sample B. On the other hand, Sample C is refined to an average crystal grain size of 3 μm, and a martensite structure is partially observed. From this, it is understood that a thin-walled steel product having a tensile strength of 980 MPa or more can be obtained by applying the heat treatment of the present invention after processing into a predetermined shape by pressing.

上記試験から明らかなように、SPCC/t1.0、SPCC/t0.5およびSPHC/t1.2の炭素含有量は0.05%以下であり、焼入性を向上させるMnなど合金元素は特別には含有していない。一方、SPFC440は、炭素含有量は0.12 mass%でマンガンも1.06 mass%あり、SPCC、SPHCに比べて焼入れ性を向上させる合金元素は、特別には入れていないが、焼入れ性は大きくなっていると考えられる。これら自動車用極軟鋼薄鋼板、自動車用低炭素薄鋼板は、通常の焼入れを施しても強化しにくいこいとが定説である。しかしながら、SPCC/t1.0、SPCC/t0.5、SPH C /t1.2、SPFC440/t0.6などの低炭素薄鋼板を上記した条件で高周波焼入れすると、混粒組織や微細組織が得られ、極端な脆化を伴わずに強度向上ができることが明らかとなった。   As is clear from the above test, the carbon content of SPCC / t1.0, SPCC / t0.5 and SPHC / t1.2 is 0.05% or less, and alloy elements such as Mn that improve hardenability are specially used. Does not contain. On the other hand, SPFC440 has a carbon content of 0.12 mass% and manganese of 1.06 mass%, and alloy elements that improve hardenability compared to SPCC and SPHC are not specially added, but hardenability is increased. it is conceivable that. The conventional theory is that these ultra-soft steel sheets for automobiles and low-carbon steel sheets for automobiles are difficult to strengthen even when subjected to normal quenching. However, when low-carbon steel sheets such as SPCC / t1.0, SPCC / t0.5, SPHC / t1.2, and SPFC440 / t0.6 are induction-quenched under the conditions described above, a mixed grain structure and a fine structure are obtained. It was revealed that the strength could be improved without extreme embrittlement.

特に、上記した試験では、高周波誘導加熱と直後の水冷により、図12および図15の温度履歴に示すように、1〜2秒で800〜1,000℃まで急加熱され、A1変態点付近から0.5秒程度で100℃以下に急冷却されている。そして、比較的低い温度(A1変態点未満)から急冷した場合はフェライトの単相の混粒組織や微細組織が得られ、比較的高い温度(A1変態点以上)から急冷した場合はマルテンサイトの単相組織、あるいは、マルテンサイト相とフェライト相の二相でかつ粒径の異なるものが混じり合った混粒組織が得られる。これらの組織変化は、特に、冷却速度が1000℃/s程度と極めて大きいことに起因しているものと考えられる。従って、一つの部材に対して部分的に異なる条件で熱処理を行うことにより、すなわち、A1変態点未満から急冷する領域、A1変態点以上から急冷する領域といったように、熱処理条件を部分的に変えることにより、複数の物理的特性をもった部材を提供できる。   In particular, in the above-described test, as shown in the temperature history of FIG. 12 and FIG. 15 by high-frequency induction heating and immediately after water cooling, it is rapidly heated to 800 to 1,000 ° C. in 1 to 2 seconds, and 0.5 seconds from the vicinity of the A1 transformation point. It is rapidly cooled to below 100 ° C. When quenched from a relatively low temperature (below the A1 transformation point), a single-phase mixed grain structure or microstructure is obtained. When quenched from a relatively high temperature (above the A1 transformation point), martensite A single-phase structure or a mixed grain structure in which two phases of a martensite phase and a ferrite phase with different particle diameters are mixed is obtained. These structural changes are considered to be caused by the extremely high cooling rate of about 1000 ° C./s. Therefore, heat treatment conditions are partially changed by subjecting one member to heat treatment under partially different conditions, that is, a region where quenching is performed from below the A1 transformation point, and a region where quenching is performed from above the A1 transformation point. Thus, a member having a plurality of physical characteristics can be provided.

(自動車用シートフレームへの適用)
SPCC/0.5tとSPFC440/0.6tの薄板を図18(c),(d)に示したようにヘミング加工して閉断面をつくり、図18(a),(b)に示した自動車用シートフレームのサイドフレームを作った。ヘミング加工した部分を熱処理した。ヘミング加工した部分に熱処理を施し、折り返し部分11は、マルテンサイト相の単相組織となり、対面部位21は、粒径1〜5μmの微細な結晶と10μm以上の結晶が混ざったフェライトの単相の混粒組織となっていた(図3参照)。この自動車用シートフレームに対して、図19(a)の矢印Aの位置に、人体を模したモデルによって荷重を下方に負荷した。図19(b)はそれにより座屈したときの様子を示した図である。図20は、フレームからの反力と変位の解析結果である。図20から、熱処理を施すことで、座屈現象が無くなり、2倍強の反力が生まれたことが分かる。以上のことから、成形性のよい軟鋼板を素材としたプレス成形品に高周波焼入れを施すと共に部分的に異なる物理特性を一つの部材(例えばサイドフレーム)に設定することにより、例えば自動車を構成する種々の構造部品に関して、強度を損なうことなく軽量化が可能であることがわかった。
(Application to car seat frames)
SPCC / 0.5t and SPFC440 / 0.6t thin plates are hemmed as shown in FIGS. 18 (c) and 18 (d) to form a closed cross section, and the automotive seat shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b) I made a side frame of the frame. The hemmed portion was heat treated. The hemming-processed portion is subjected to heat treatment, the folded portion 11 has a single-phase structure of martensite phase, and the facing portion 21 has a single-phase ferrite phase in which fine crystals having a grain size of 1 to 5 μm and crystals of 10 μm or more are mixed. It was a mixed grain structure (see FIG. 3). With respect to this automobile seat frame, a load was applied downward at a position indicated by an arrow A in FIG. 19A by a model imitating a human body. FIG. 19 (b) is a diagram showing a state in which buckling occurs. FIG. 20 shows the analysis results of the reaction force and displacement from the frame. From FIG. 20, it can be seen that the buckling phenomenon is eliminated by the heat treatment, and a reaction force of more than twice is generated. From the above, for example, an automobile is constituted by subjecting a press-formed product made of a mild steel plate having good formability to induction hardening and setting partially different physical characteristics in one member (for example, a side frame). It has been found that various structural parts can be reduced in weight without losing strength.

Claims (9)

薄肉鋼を所定形状にプレス加工してなる薄肉鋼加工品であって、
一つの部材中に、物理的特性の異なる複数の領域が熱処理により形成されており、
前記複数の領域中の一部の領域の引張り強さが980MPa以上であり、
かつ、
前記部材が、前記薄肉鋼をヘミング加工により形成した重なり部を有し、前記重なり部に前記複数の領域が形成される熱処理が施され、前記重なり部における折り返し部位とその対面部位とが前記熱処理により高強度化されると共に溶着されていることを特徴とする薄肉鋼加工品。
A thin-walled steel product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape,
In one member, a plurality of regions having different physical properties are formed by heat treatment,
The tensile strength of a part of the plurality of regions is 980 MPa or more ,
And,
The member has an overlapping portion formed by hemming the thin steel, and heat treatment is performed to form the plurality of regions in the overlapping portion, and the folded portion and the facing portion in the overlapping portion are the heat treatment. Thin-walled steel product characterized by being strengthened and welded by
前記複数の領域は、引張り強さ、延性及び引張りの残留応力の少なくとも一つの物理的特性が異なる請求項1記載の薄肉鋼加工品。 The thin-walled steel workpiece according to claim 1 , wherein the plurality of regions differ in at least one physical property of tensile strength, ductility, and tensile residual stress . 前記薄肉鋼の板厚が1.0mm以下である請求項1又は2記載の薄肉鋼加工品。 The thin- walled steel product according to claim 1 or 2, wherein a thickness of the thin-walled steel is 1.0 mm or less . 前記部材が、乗物用シートのシートフレームを形成しているいずれかの板状のフレームである請求項1〜3のいずれか1に記載の薄肉鋼加工品。 The thin steel processed product according to any one of claims 1 to 3, wherein the member is any plate-shaped frame forming a seat frame of a vehicle seat . 薄肉鋼を所定形状にプレス加工してなる薄肉鋼加工品の熱処理方法であって、
400℃/秒以上の加熱速度で常温からA1変態点より高温に至るまで急加熱する急加熱工程と、
前記急加熱工程後、800℃/秒以上の冷却速度で急冷する急冷工程と
を有し、
熱処理対象の部材における前記薄肉鋼が複数枚重なり合っている重なり部に対し、前記急加熱工程と前記急冷工程を施し、前記急加熱工程の加熱温度の調整、又は、前記急冷工程の急冷開始温度をA1変態点以上とするかA1変態点未満とするかにより、物理的特性の異なる複数の領域を形成し、その一部の領域を引張り強さ980MPa以上に制御することを特徴とする薄肉鋼加工品の熱処理方法
A heat treatment method for a thin-walled steel product obtained by pressing thin-walled steel into a predetermined shape,
A rapid heating step of rapid heating from room temperature to a temperature higher than the A1 transformation point at a heating rate of 400 ° C./second or more;
A quenching step of quenching at a cooling rate of 800 ° C./second or more after the rapid heating step;
Have
Applying the rapid heating step and the rapid cooling step to the overlapping portion of the thin steel in the member to be heat treated, adjusting the heating temperature of the rapid heating step, or the rapid cooling start temperature of the rapid cooling step Thin-walled steel processing characterized by forming a plurality of regions having different physical properties depending on whether the A1 transformation point or higher or less than the A1 transformation point, and controlling a part of the region to a tensile strength of 980 MPa or more Product heat treatment method .
前記重なり部が、ヘミング加工により形成されている請求項5記載の薄肉鋼加工品の熱処理方法 The method for heat-treating a thin-walled steel product according to claim 5, wherein the overlapping portion is formed by hemming . 前記ヘミング加工により形成された重なり部における折り返し部位とその対面部位とを、前記急加熱工程と前記急冷工程により、高強度化と同時に溶着する請求項6記載の薄肉鋼加工品の熱処理方法 The method for heat treatment of a thin-walled steel product according to claim 6, wherein the folded portion and the facing portion in the overlapping portion formed by the hemming are welded simultaneously with increasing strength by the rapid heating step and the rapid cooling step . 前記対面部位に隣接する部分に外方に突出させた突起部が形成されており、該突起部が前記急加熱工程により溶融し、前記折り返し部位と対面部位との間に侵入する構成である請求項7記載の薄肉鋼加工品の熱処理方法。 Protrusions projecting outward are formed in a part adjacent to the facing part, and the projecting part is melted by the rapid heating step and enters between the folded part and the facing part. Item 8. A heat treatment method for a thin-walled steel product according to Item 7 . 前記重なり部を構成する前記折り返し部位とその対面部位との間で空隙が設けられるように前記ヘミング加工を行い、その後、前記急加熱工程と前記急冷工程を実施する請求項7記載の薄肉鋼加工品の熱処理方法。 The thin-walled steel processing according to claim 7, wherein the hemming is performed so that a gap is provided between the folded portion constituting the overlapping portion and the facing portion, and then the rapid heating step and the rapid cooling step are performed. Product heat treatment method.
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