JP5888168B2

JP5888168B2 - 低強度部を有する熱間プレス成形品及びその製造方法

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Publication number: JP5888168B2
Application number: JP2012164381A
Authority: JP
Inventors: 富士本　博紀; 博紀富士本; 敏伸西畑
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: JP2014024080A

Description

本発明は、低強度部を有する熱間プレス成形品及びその製造方法に関し、具体的には、異なる強度、すなわち低強度部及び高強度部をいずれも備える熱間プレス成形品と、この熱間プレス成形品を高精度で製造することができる製造方法とに関する。

鋼板の成形品である自動車用構造部材には、安全性向上と燃費向上とを両立する観点から、一層の高強度化と軽量化が要請されている。それらの両立のため、高強度鋼板の適用が拡大している。しかし、高強度鋼板の冷間プレス成形法では、鋼板の割れやしわ等の成形性の低下や、スプリングバック等の形状不良による寸法精度の低下という問題がある。

高強度鋼板の冷間プレス成形法におけるこれらの問題に対処するため、プレス成形と同時に焼入れを行う熱間プレス成形法を適用することが推進されている。熱間プレス成形法によれば、鋼板が高温で軟質な状態においてプレス成形を行うため寸法精度の変化の問題が少ないとともに、鋼板が高温，高延性の状態での成形を行うことができることから成形性も優れる。さらに、鋼板が高温状態から成形と同時に急冷して焼入れを行うために、引張強度が１２００ＭＰａ以上の超高強度のプレス成形品を得られるという特徴を有する。

しかし、熱間プレス成形法により製造される熱間プレス成形部材は、強度は高いものの延性に乏しいため、衝突により大きな変形を受けると、想定外に破断することがある。

例えば、自動車のボディーサイドを構成する重要な部材であるＢピラー，サイドシル，Ａピラー，ルーフレール，バンパー，ドアインパクトビーム，フロアメンバー，フロントサイドメンバー等は、いずれもその縁部に設けられたフランジを介して他の部材と重ね合わせて溶接されるものであって、自動車の衝突時には完全に破断することなく塑性変形することによって、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する特性を有することが要求される。

しかし、厳しい衝突試験、例えば、米国道路安全保険協会（ＩＩＨＳ）のＳＵＶ側面衝突試験やＥｕｒｏＮＣＡＰのポール側突試験を行うと、これらの熱間プレス成形部材における上述のフランジにおけるスポット溶接部，アーク溶接部，稜線部，打ち抜き穴，縦壁，急激な形状変化部といった形状的もしくは冶金的な応力集中部を起点として、熱間プレス成形部材が想定外に破断し、設計目標性能を得られないことがある。

したがって、こうした熱間プレス成形部材の一部に部分的に強度が低く延性が高い低強度部を形成することにより、熱間プレス成形部材の衝突時変形モードや破断位置を積極的にコントロールできる、衝撃エネルギー吸収性に優れた熱間プレス成形品が望まれている。

熱間プレス成形品の一部に低強度を形成する方法として、特許文献１には、焼入れ性が高い鋼板と焼入れ性が低い鋼板とを溶接して一体化したテーラードブランクを用いて熱間プレス成形品を製造する方法が開示されている。

特許文献２には、加熱後の搬送中における搬送装置との部分的な接触抜熱により素材鋼板の各部位の温度を制御し、素材鋼板の部位に応じて焼入れ開始温度を異ならせることによって熱間プレス成形品の部位毎に焼入れ硬さを異ならせる方法が開示されている。

特許文献３には、高強度の鋼材（例えば、高強度鋼板）の局部軟化法に際して、酸素を５体積％以上含有するガスをシールドガスとして用いてアークまたはレーザビームを照射し、成形性が必要とされる部分を部分的に軟化させる方法が開示されている。

さらに、非特許文献１には、熱間プレス成形品を部分的に高周波誘導加熱により焼き戻すことによって、延性を部分的に回復させた熱間プレス成形品を製造する方法が開示されている。

特開２００４−５８０８２号公報特開２００６−２１２６９０号公報特公平９−８７７３７号公報

Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｏｆｈｏｔ−ｆｏｒｍｅｄｓｔｅｅｌｕｓｉｎｇｉｎｄｕｃｔｉｏｎｈｅａｔｉｎｇ（ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ｌｉｂ．ｃｈａｌｍｅｒｓ．ｓｅ／ｃｐｌ／ｒｅｃｏｒｄ／ｉｎｄｅｘ．ｘｓｑｌ？ｐｕｂｉｄ＝１４４３０８）

しかし、特許文献１により開示された方法のように、テーラードブランクを用いた熱間プレス成形法は、複数枚の鋼板をつなぎ合わせ溶接するため、本来強度を変化させたい部分よりも幅広い領域で強度を変化させざるを得ず、これにより、熱間プレス成形品全体の強度が不要に低下するという課題がある。なお、テーラードブランクにおける鋼板同士の溶接個所を増やすことにより部分的に強度を変化させた箇所を増加することは可能であるものの、溶接個所を増やすために製造コストが大幅に上昇する。

特許文献２により開示された方法のように、搬送中に抜熱部位を制御して部位ごとに硬度を調整する方法では、焼き入れ領域と未焼き入れ領域の間に大きな遷移領域が不可避的に発生する。この遷移領域は、強度特性が変動し易く、熱間プレス成形品の性能のばらつきにつながるおそれがある。

特許文献３により開示された方法のように、酸素を５体積％以上含有するガスをシールドガスとして用いてアークまたはレーザビームを照射する方法を熱間プレス成形品に適用しても、熱間プレス成形品を部分的に軟化させることはできない。つまり、熱間プレス成形品では酸素の添加による軟化効果は殆ど認められない。また、この方法では、熱間プレス成形品に不可避的に熱歪みが生じるために熱間プレス成形品の形状が変化し、熱間プレス成形品の寸法精度が低下するおそれがある。

さらに、非特許文献１により開示された方法のように、熱間プレス成形品を組立てた後に高周波誘導加熱により焼き戻しを行うと、特許文献３により開示された発明と同様に、熱間プレス成形品に発生する熱ひずみに起因して、熱間プレス成形品の寸法精度が低下するおそれがある。

本発明は、従来の技術が有するこれらの課題に鑑みてなされたものであり、異なる強度部位、すなわち低強度部及び高強度部をいずれも備える熱間プレス成形品と、この熱間プレス成形品を高精度で製造することができる製造方法を提供することを目的とする。

熱間プレスによる高強度部材の製造は、一般には、熱間プレス用の焼入れ性の高い鋼板素材を加熱し、オーステナイト域まで昇温し、オーステナイト域からマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）以下まで急速冷却する熱間プレス工程により、行われる。本発明者らは、このような熱間プレス成形品の製造において、熱間プレス成形品の強度を部分的に変化させる手法を鋭意検討した。

その結果、本発明者らは、「熱間プレス工程の前に、熱間プレス用の鋼板素材の一部にＡｌを添加し、この鋼板を一度部分的に溶融及び凝固させる前処理を行うと、この前処理を行われた部分は、熱間プレス成形の加熱温度ではオーステナイト化が十分ではなくなり、急冷しても完全なマルテンサイト変態が起こり難くなり、熱間プレス成形品の硬さが部分的に低下する」という新規な知見を得た。本発明は、この新規な知見に基づいてなされたものであり、以下に列記の熱間プレス成形品とその製造方法である。

（１）質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３３％、ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を有する化学組成の素材鋼板の一部を部分的に加熱して該一部を溶融及び凝固させることによって、前記素材鋼板の一部におけるＡｌ含有量を高める前処理を行い、該前処理を行った後に、該素材鋼板を、前記素材鋼板の一部を除いた残余の部分のＡｃ_３点以上であって前記素材鋼板の一部のＡｃ_３点以下の温度に加熱して、前記素材鋼板の一部を除いた残余の部分のＡｒ_３点以上のプレス開始温度で熱間プレス成形を行うことを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。

（２）質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３３％、ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を有する化学組成を有する鋼板からなる熱間プレス成形品であって、
フェライト又はベイナイト組織の少なくとも１つを主体とする低強度部と、マルテンサイト組織からなる高強度部とを有し、
質量％で、前記低強度部のＡｌ含有量は１．２％以上であるとともに前記高強度部のＡｌ含有量は０．１％以下であるとともに、
前記低強度部の硬さがビッカース硬さでＨｖ３７０以下であるとともに前記高強度部の硬さがビッカース硬さでＨｖ４２０以上であること
を特徴とする熱間プレス成形品。

（３）低強度部は、熱間プレス成形品を構成する鋼板の板厚方向の全部又は一部であることを特徴とする（２）項に記載された熱間プレス成形品。
（４）熱間プレス成形品は、溝底部、溝底部に連続する稜線部、稜線部に連続する縦壁部、縦壁部に連続する曲線部、及び曲線部に連続するフランジを有する略ハット型の横断面形状を有し、低強度部は、稜線部、フランジ、溶接予定部、打ち抜き加工予定部、縦壁部、又はこれらの近傍にあることを特徴とする（２）項または（３）項に記載された熱間プレス成形品。
（５）（２）項から（４）項までのいずれか１項に記載された熱間プレス成形品を構成
部材として有することを特徴とする自動車用構造部材。

本発明により、一の熱間プレス成形品の中に高強度部と部分的な低強度部とを混在させることができ、さらに寸法精度にも優れた熱間プレス成形品を製造することができる。これにより、例えば衝突時の乗員保護性能に優れた自動車用構造部材を軽量かつ高寸法精度で製造することが可能となる。

図１（ａ）〜図１（ｆ）は、本発明に係る製造方法を模式的に示す説明図である。図２（ａ）は、本発明による裏面まで溶融させた局部軟化部の硬さ分布の測定位置を示す説明図であり、図２（ｂ）は、表面のみ溶融させた局部軟化部を示す説明図であり、図２（ｃ）は位置と硬さとの関係の一例を示すグラフである。図３は、各種自動車用構造部材に本発明を適用した例を示す説明図であり、図３（ａ）はＢピラーリンフォースに適用した状況を示し、図３（ｂ）はＢピラーリンフォースに適用した他の状況を示し、図３（ｃ）はルーフレールのＡピラーとの接合部付近に適用した状況を示し、図３（ｄ）はサイドシルにおけるＡピラーとの接合部近傍に適用した状況を示し、さらに、図３（ｅ）はバンパーリインフォースにおける牽引フック取付け部に適用した状況を示す。図４は、本発明の適用対象である各種の自動車用構造部材を示す説明図である。

本発明を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、特に断りがない限り化学組成に関する「％」は「質量％」を意味する。

始めに、熱間プレス成形品の素材鋼板の化学組成，種類、板厚を説明する。
（Ｃ：０．１０〜０．３３％）
Ｃは、鋼板素材の焼き入れ性を高め、かつ熱間プレス成形品の強度を決定する重要な元素である。Ｃ含有量が０．１０％未満ではこの効果を充分に得られず、一方、Ｃ含有量が０．３３％を超えると熱間プレス成形品の靭性や溶接性が劣化するおそれがある。そこで、Ｃ含有量は０．１０％以上０．３３％以下とする。Ｃ含有量は望ましくは０．１７％以上０．３０％以下である。

（ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％）
Ｍｎ，Ｃｒは、いずれも、素材鋼板の焼き入れ性を高め、かつ熱間プレス成形品の強度を安定して確保するために有効な元素である。しかし、ＭｎおよびＣｒの合計含有量が、０．５％未満ではこの焼き入れ性の改善効果を充分に得られず、一方、合計含有量が２．０％を超えると焼き入れ性が高くなり過ぎる。そこで、ＭｎおよびＣｒの合計含有量は０．５％以上２．０％以下とする。Ｍｎ又はＣｒのいずれか一方を含まなくてもよい。

（Ｂ：０．００１０〜０．０１０％）
Ｂは、素材鋼板の焼き入れ性を確保するために有効な元素であり、Ｂ含有量が０．００１０％未満であると、素材鋼板の焼き入れ性が不足し、熱間プレス成形品の所望の高強度を安定して確保することができない。一方、Ｂ含有量が０．０１０％を越えると熱間プレス成形品の製造コストが嵩む。そこで、Ｂ含有量は０．００１０％以上０．０１０％以下とする。

（Ｔｉ：０．０１〜０．１０％）
Ｔｉ含有量が０．０１％未満であると、Ｂの焼き入れ性の改善効果が十分には発現せず、素材鋼板の焼入れ性が不足する。一方、Ｔｉ含有量が０．１０％を越えると、熱間プレス成形品における前記の溶融及び凝固した部分の靭性が低下する。そこで、Ｔｉ含有量は０．０１％以上０．１０％以下とする。

さらに、素材鋼板は、任意添加元素として、熱間プレス成形品の強度を高めるため、または熱間プレス成形品の強度を一層安定して確保するとともに靭性を確保するために、Ｓｉを０．５％以下、Ｐを０．０５％以下、Ｓを０．０５％以下、Ｎｂを０．２％以下、ｓｏｌ．Ａｌを０．１％以下、それぞれ含有してもよい。

上記以外の残部は、Ｆｅ及び不純物である。
上記化学成分を含有する素材鋼板には、非めっきの裸鋼板を用いることができるとともに、表面に亜鉛系のめっき層を形成した亜鉛系めっき鋼板を用いることもできる。亜鉛系めっき鋼板として、純亜鉛めっき鋼板、鉄亜鉛合金めっき鋼板、亜鉛ニッケルめっき鋼板等が例示される。これらの亜鉛系めっき鋼板は、亜鉛の作用により犠牲防食性を高めることができる。

素材鋼板の板厚は、厚過ぎると金型による冷却で十分な焼入れを行うことが困難になることから３．２ｍｍ以下とすることが望ましい。素材鋼板の板厚の下限値は、特に限定する必要はないが、自動車用構造部材の板厚の下限値として多用される０．７ｍｍが例示される。

次に、熱間プレス成形品の製造方法を説明する。
図１（ａ）〜図１（ｆ）は、本発明に係る熱間プレス成形品１の製造方法を模式的に示す説明図である。

この熱間プレス成形品１は、図１（ｆ）に示すように、溝底部１ａ、溝底部１ａに連続する稜線部１ｂ，１ｂ、稜線部１ｂ，１ｂに連続する縦壁部１ｃ，１ｃ、縦壁部１ｃ，１ｃに連続する曲線部１ｄ，１ｄ、及び曲線部１ｄ，１ｄに連続するフランジ１ｅ，１ｅを有する略ハット型の横断面形状を有する。以降の説明は、熱間プレス成形品１がこの横断面形状を有する場合を例にとるが、これは本発明の理解を容易にするための一例であって、本発明はこの横断面形状を有する場合に限定されるものではなく、熱間プレス成形品１におけるこれらの構成部分に他の構成部分を付加した場合は勿論のこと、これらの構成部分を一切有さない場合であっても、本発明は等しく適用される。

本発明に係る熱間プレス成形品１の製造方法では、熱間プレス成形品１における、延性を要求される部位である稜線部１ｂ，１ｂ及びフランジ部１ｅ，１ｅにプレス成形される部分２ｂ，２ｂ及びフランジ部２ｅ，２ｅ（図１（ｂ）では、熱間プレス成形品１における溝底部１ａ、稜線部１ｂ，１ｂ、縦壁部１ｃ，１ｃ、曲線部１ｄ，１ｄ、曲線部１ｅ，１ｅにプレス成形される、素材鋼板２の部分を、それぞれ、２ａ、２ｂ，２ｂ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄ、２ｅ，２ｅと表記する）を、軟化した低強度部とするために、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、熱間プレス成形前の素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅに、Ａｌを含有する金属４を添加しながら、熱源３を用いて、素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅ及び金属４を溶融及び凝固させ、素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅに部分的にＡｌを添加する。

熱源３には、アークまたはレーザを用いる。アークとしては、タングステンなどの非消耗電極を用いたＴＩＧアークや、プラズマアークを用いることができる。また、消耗電極式のアークを用いてもよい。レーザとしては、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、ダイオードレーザを用いることができる。

これらのレーザ加熱は、エネルギー密度が高く、照射領域の制御性に優れるために用いることが望ましい。これらのアークまたはレーザビームを、熱間プレス成形品１における局所的に強度を下げたい部位１ｂ，１ｂ、１ｅ，１ｅにプレス成形される素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅに照射して溶融させればよい。

熱源３の出力、速度は、溶融面積に合わせて適宜調整すればよい。広範囲な領域を処理する場合は、レーザビームを振動させて溶融処理することも有効である。

なお、素材鋼板２の溶融深さは必要とされる特性に依存し、図２（ａ）に示すように素材鋼板２の裏面まで完全に溶融させる貫通溶融でもよいし、あるいは図２（ｂ）に示すように素材鋼板２の表面だけの部分溶融でもよい。

上述したように、熱源３によりアークまたはレーザビームを照射する際、Ａｌを含んだ金属を添加する。Ａｌの他にＳｉ，Ｆｅを含んでいてもよい。Ａｌの濃度は特に規定はないが、Ａｌの含有量が多いほど熱間プレス成形工程における素材鋼板２の焼入れ性を低下することができるため、必要に応じて他の成分との割合を適宜調整すればよい。

Ａｌを含んだ金属としては、Ａｌ−Ｓｉ系のワイヤが例示される。例えば、Ａｌ−Ｓｉ径のワイヤであるＪＩＳＺ３２３２に規定されたＡ４０４３，Ａ４０４７を用いることができる。あるいは、素材鋼板２にアルミニウムめっきを施し、レーザを照射することによりめっきに含まれるＡｌ成分を素材鋼板２中に分散させてもよい。Ａｌめっきは、Ａｌが質量％で９０％，Ｓｉが１０％程度であり、めっき付着量は片面あたり７０〜１５０ｇ／ｍ^２であることが例示される。

このようにして、素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅを加熱して一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅを溶融及び凝固させることによって、素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅにおけるＡｌ含有量を高める前処理を行う。

次に、図１（ｃ）に示すように、この前処理を行われて一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅのＡｌ含有量が高められた素材鋼板２を加熱炉５に装入し、素材鋼板２の一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅを除いた残余の部分２ａ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄのＡｃ_３点以上であって、かつ一部２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅのＡｃ_３点以下の温度、例えば８５０℃以上９６０℃以下に加熱する。

Ａｃ_３点以上の温度に加熱された素材鋼板２の残余の部分２ａ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄは、オーステナイト単相組織となる。一方、２ｂ，２ｂ、２ｅ，２ｅは、Ａｌ含有量が高められることによりＡｃ_３点が上昇しているため、オーステナイトとフェライトの混合組織となる。

加熱時間は、残余の部分２ａ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄにおいて十分なオーステナイト化を図るため、Ａｃ_３以上の温度で６０秒間以上保持することが望ましい。ただし、生産性の観点から、Ａｃ_３以上の保持時間は１０分間以下とすることが望ましい。

その後、図１（ｄ）に示すように、素材鋼板２は、Ａｒ_３点以上のプレス開始温度から望ましくは水冷した金型６により、残余の部分２ａ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄのＭｓ点以下の温度まで、プレス成形と同時に冷却される。

このときの冷却速度は、残余の部分２ａ、２ｃ，２ｃ、２ｄ，２ｄの臨界冷却速度以上であり、材料により異なるが、概ね３０度／秒以上１５０度／秒以下である。

その後、図１（ｅ）に示すように、プレス成形された素材鋼板２は、金型６から取り出され、素材鋼板２が非めっきの裸鋼板である場合には、表面に生成した酸化スケールの除去を目的としてショットブラスト処理が行われ、酸化スケールが除去される。

このようにして、図１（ｆ）に示す、最終製品である熱間プレス成形品１が製造される。

図２（ａ）は、裏面まで溶融させた局部軟化部の硬さ分布の測定位置を示す説明図であり、図２（ｂ）は、表面のみ溶融させた局部軟化部を示す説明図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）の硬さ分布の測定例を示すグラフである。

図２（ａ）の左から１、２番目の測定点は本発明における焼入れ性を低下させる前処理を行った局部軟化部、左から３番目以降の測定点は前処理を行わなかった箇所である。図２（ｃ）の位置０ｍｍと０．２ｍｍの測定データは図２（ａ）の左から１、２番目の測定点である。図２（ｃ）に示すように、局部軟化部では本発明における焼入れ性を低下させる前処理を行うことにより、加熱した際にフェライトが残存していたため完全にマルテンサイト変態が起こらずにビッカース硬さＨｖ３７０以下の軟質な組織が得られる。前処理を行わなかった箇所では、加熱した際、完全にオーステナイト変態した後、冷却によりマルテンサイト変態が生じ、ビッカース硬さＨｖ４２０以上のマルテンサイト主体の硬質な組織が得られる。

このように、部分的に焼入れ性を低下させる前処理を行われた熱間プレス用の素材鋼板２を用いて熱間プレス成形を行うことにより、高強度部と低強度部とを混在させた熱間プレス成形品１を製造することができる。

すなわち、本発明により製造される熱間プレス成形品１は、Ｃ：０．１０〜０．３３％、ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を有する化学組成を有する鋼板２からなり、フェライト又はベイナイト組織の少なくとも１つを主体とする低強度部１ｂ，１ｅと、マルテンサイト組織からなる高強度部１ａ，１ｃ，１ｄとを有し、低強度部１ｂ，１ｅのＡｌ含有量が１．２％以上であるとともに高強度部１ａ，１ｃ，１ｄのＡｌ含有量が０．１％以下であり、さらに、低強度部１ｂ，１ｅの硬さがビッカース硬さでＨｖ３７０以下であるとともに高強度部１ａ，１ｃ，１ｄの硬さがビッカース硬さでＨｖ４２０以上である。

低強度部１ｂ，１ｅは、板厚方向に表面から裏面まで貫通した低強度部でもよいし、あるいは板厚方向に局所的な低強度部でもよい。つまり、図２（ａ）に例示するように、裏面まで溶融・凝固させた低強度部１ｂ，１ｅでよいし、図２（ｂ）に例示するように、鋼板２の表面のみを溶融させた低強度部１ｂ，１ｅでもよい。表面のみ低強度部１ｂ，１ｅとすることは、熱間プレス成形品１の衝突性能の低下が小さく、かつ局部的な変形に対する破断の限界を高めることができる、また幅広く溶融しても溶け落ちリスクも低いため、より好適である。例えば、熱間プレス成形品１の稜線部１ｂでは、稜線部１ｂの曲げの内側の表面のみ低強度部を形成することは、衝突での曲げ戻しによる破断を抑制する観点から特に望ましい。

図３は、各種の自動車用構造部材７〜１１に本発明を適用した例を示す説明図であり、図３（ａ）はＢピラーリンフォース７に適用した状況を示し、図３（ｂ）はＢピラーリンフォース８に適用した他の状況を示し、図３（ｃ）はルーフレール９のＡピラー１２との接合部９ａ付近に適用した状況を示し、図３（ｄ）はサイドシル１０におけるＡピラー１２との接合部１０ａ近傍に適用した状況を示し、さらに、図３（ｅ）はバンパーリインフォース１１における牽引フック取付け部１０ａに適用した状況を示す。

なお、図３（ｂ）の左図は従来例のＢピラーリンフォース８’を示し、右図は本発明例のピラーリンフォース８を示す。また、図３（ｅ）における符号１３はクラッシュボックスを示し、符号１４はサイドメンバーを示す。

本発明に係る熱間プレス成形品１の適用部位は、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すように、Ｂピラーリンフォース７，８、ルーフレール９、Ａピラー１２、サイドシル１０、バンパーリインフォースが例示される。

本発明に係る熱間プレス成形品１における低強度部は、具体的には、稜線部１ｂ，フランジ１ｅ，図示しない溶接予定部（スポット溶接部，アーク溶接部，レーザ溶接部，プロジェクション溶接部等）、図示しない打ち抜き予定部，縦壁部１ｃおよびそれらの近傍（約２０ｍｍ以内）に形成されることが例示される。これらの、形状に起因する応力集中部や、溶接のＨＡＺ軟化に起因する冶金的な応力集中部に低強度部を形成することにより、応力集中を緩和でき、熱間プレス成形品１が衝突時に想定外に破断することを抑制できるとともに、人為的に低強度部を形成することにより変形モードをコントロールすることも可能である。

応力集中の緩和の例としては、図３（ａ）に示すＢピラーリンフォース７のフランジ（図３（ａ）における黒塗り部）７ａに低強度部を配置することにより、フランジ７ａのスポット溶接によるＨＡＺ軟化の影響を緩和でき、側突時におけるフランジ７ａでの破断を抑制することができる。

なお、図３（ａ）に示すＢピラーリンフォース７では、応力が高まるフランジ７ａの一部にだけ低強度部を形成しているが、フランジ７ａの全長に形成してもよい。また、図３（ａ）に示すように、Ｂピラーリンフォース７の下部の稜線７ｂに低強度部を形成することにより、稜線７ｂが衝突での曲げ戻しにより破断することを抑制することが可能となる。さらに、Ｂピラーリンフォース７の高さ方向の中程に形成された孔７ｃの周囲に低強度部を形成することにより、この孔７ｃ周辺での応力集中を緩和できる。

破断モードのコントロールの例としては、図３（ｂ）に示すように、Ｂピラーの変形の起点のためにこれまでにも形成されている、熱間プレスＢピラーリンフォース８’の下部の穴８ａなどの形状的な応力集中部に替えて、本発明を適用して、熱間プレスＢピラーリンフォース８の下部の縦壁部８ｂ（図３（ｂ）の右図における黒塗り部）に低強度部を形成することにより、穴８ａを廃止することができ、これにより、車両下部からの騒音の伝達を抑制することができる。

さらに、本発明は、熱間プレス成形品１に機械的に打ち抜き穴を加工する場合にも活用できる。例えば、一般に熱間プレス成形品１に機械的に打ち抜き穴を穿孔する加工では、熱間プレス成形品１が高硬度を有するために金型が損耗し易い問題や、打ち抜き穴に微細な遅れ破壊のクラックが発生する問題がある。しかし、本発明により予め軟化された低強度部を打ち抜くことにより、金型の寿命が向上するとともに、打ち抜き部での遅れ破壊の発生も抑制される。

また、図３（ｃ）に示すように、ルーフレール９におけるＡピラー１２との接合部であるフランジ部９ａ（図３（ｃ）における黒塗り部）に低強度部を配置することにより、ＥｕｒｏＮＣＡＰのポール側突試験における、スポット溶接のＨＡＺ軟化部が起点となる破断を、抑制することができる。

同様に、図３（ｄ）に示すように、サイドシル１０におけるＡピラー１２との接合部であるフランジ部１０ａ（図３（ｄ）における黒塗り部）に低強度部を形成することにより、衝突の際にスポット破断部を起点とする破断を抑制することができる。

さらに、図３（ｅ）に示すように、バンパーリインフォース１１では、牽引フックを取り付けナットのアーク溶接部１０ａを起点としてバンパーリインフォース１１が破断することがあるが、アーク溶接部１０ａの近傍（図３（ｅ）における黒塗り部）に低強度部を形成することにより、アーク溶接部１０ａへの局所的な応力集中を緩和することができ、バンパーリインフォース１１の破断を抑制できる。

本発明に係る熱間プレス成形品１は、熱間プレス成形後に焼き戻しなどの熱処理で強度を変化させたものでなく、熱間プレス成形に先立って行われる前処理により強度を部分的に変化させるものであるため、熱間プレス成形品１の形状精度が高く、高い組み付け精度を要求される自動車用構造部材の構成材料として好適である。

図４は、本発明の適用対象である各種の自動車用構造部材を示す説明図である。
自動車用構造部材としては、例えば、図４に示すように、通り、Ａピラー１５，Ｂピラー１６，サイドシル１７，ルーフレール１８，バンパー１９，フロントサイドメンバー２０，ドアビーム２１，フロアメンバー２２，リアサイドメンバー２３等の補強部品を挙げることができる。

本実施例では、低強度部と高強度部とを有する熱間プレス成形品を製造する試験を行った。以下に詳しく説明する。

素材鋼板として、Ｃを０．２１％、Ｓｉを０．２５％、Ｍｎを１．２０％、Ｃｒを０．２％、Ｔｉを０．０２％、Ｂを０．００１８％それぞれ含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、非めっき、板厚１．６ｍｍ、長さ４０ｍｍ、幅２００ｍｍの鋼板を用いた。

熱間プレス成形前の素材鋼板の溶融・凝固処理の条件と、熱間プレス成形後の焼入れ処理の冷却速度を変化させて検討した。素材鋼板の加熱にはＹＡＧレーザを使用した。Ａｌの添加のため、Ａｌ９４％−Ｓｉ６％、径０．８ｍｍのワイヤを溶融池に添加した。添加量は、表１に示す番号２，３，４の順に増加させた。

これらの熱源により幅１ｍｍ、長さ２００ｍｍの照射部を形成した。番号１はＪＩＳのＹＧＷ−１７の鉄系ワイヤを使用した、また、番号５はレーザを照射しただけであり、ワイヤは使用しなかった。

レーザ照射後、素材鋼板を９００℃の炉に装入して約４分間保持し、冷却装置にて３００点以下の温度まで冷却をして焼入れ品を得た。この焼入れ品はプレス成形を行われていないが、本発明に係る熱間プレス成形品と同様の熱履歴を与えられており、成形されていない点以外は本発明をよく模擬するものである。

焼き入れ品の高強度部と低強度部それぞれの硬さをビッカース硬さ計で測定した。高強度部の硬さがＨｖ４２０以上、かつ低強度部の硬さがＨｖ３７０以下の範囲を調査した。結果を表１に示す。

その結果、表１に示す通り、本発明例１〜３では、高強度部はＨｖ４２０以上に硬化し、低強度部はＨｖ３７０以下に軟化した部分を得られた。一方、比較例１，２では、低強度部で十分な軟化を得られなかった。

実施例２では、低強度部と高強度部とを有する熱間プレス成形品を製造する試験を行った。以下に詳しく説明する。

素材鋼板として、Ｃを０．２０〜０．２３％、Ｓｉを０．０３〜０．３５％、Ｍｎを１．１６〜１．３０％、Ｃｒを０．１６〜０．２５％、Ｔｉを０．０１６〜０．２３％、Ｂを０．００１５〜０．００２０％それぞれ含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、板厚１．４ｍｍ、長さ４０ｍｍ、幅２００ｍｍのものを用い、表２に示す表面状態のものを作成した。

アルミニウムめっきはＡｌ９０％、Ｓｉ１０％のめっきである。ＧＡめっきはＺｎ：８５％、Ｆｅ１５％のめっきである。

これらのめっきを含んだ鋼板にＹＡＧレーザでビームを幅１．０ｍｍ、長さ２００ｍｍの範囲に照射し、部分的にめっきと素材鋼板を溶融させた。その後、９００℃の炉に装入して４分間加熱し、水冷した金型で冷却した。

表２に、試験条件とともに、冷却完了後の高強度部と低強度部それぞれのビッカース硬さの測定結果を併せて示す。

表２に示すように、本発明例のようにＡｌを添加すると、部分的に硬さが低下した低強度部を得られる。

１本発明に係る熱間プレス成形品
１ａ溝底部
１ｂ稜線部
１ｃ縦壁部
１ｄ曲線部
１ｅフランジ
２素材鋼板
２ａ溝底部に成形される部分
２ｂ稜線部に成形される部分
２ｃ縦壁部に成形される部分
２ｄ曲線部に成形される部分
２ｅフランジに成形される部分
３熱源
４Ａｌを含む金属
５加熱炉
６金型
７Ｂピラーリンフォース
７ａフランジ
７ｂ稜線
７ｃ孔
８，８’ Ｂピラーリンフォース
８ａ穴
８ｂ縦壁部
９ルーフレール
９ａフランジ部
１０サイドシル
１０ａフランジ部
１１バンパーリインフォース
１１ａ牽引フック取付け部
１２Ａピラー
１３クラッシュボックス
１４サイドメンバー
１５Ａピラー
１６Ｂピラー
１７サイドシル
１８ルーフレール
１９バンパー
２０フロントサイドメンバー
２１ドアビーム
２２フロアメンバー
２３リアサイドメンバー

Claims

質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３３％、ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を有する化学組成の素材鋼板の一部を加熱して該一部を溶融及び凝固させることによって、前記素材鋼板の一部におけるＡｌ含有量を高める前処理を行い、該前処理を行った後に、該素材鋼板を、前記素材鋼板の一部を除いた残余の部分のＡｃ_３点以上であって前記素材鋼板の一部のＡｃ_３点以下の温度に加熱して、前記素材鋼板の一部を除いた残余の部分のＡｒ_３点以上のプレス開始温度で熱間プレス成形を行うことを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３３％、ＭｎおよびＣｒ：合計で０．５〜２．０％、Ｂ：０．００１０〜０．０１０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０％を有する化学組成を有する鋼板からなる熱間プレス成形品であって、
フェライト又はベイナイト組織の少なくとも１つを主体とする低強度部と、マルテンサイト組織からなる高強度部とを有し、
質量％で、前記低強度部のＡｌ含有量は１．２％以上であるとともに前記高強度部のＡｌ含有量は０．１％以下であるとともに、
前記低強度部の硬さがビッカース硬さでＨｖ３７０以下であるとともに前記高強度部の硬さがビッカース硬さでＨｖ４２０以上であること
を特徴とする熱間プレス成形品。
前記低強度部は、前記熱間プレス成形品を構成する鋼板の板厚方向の全部又は一部であることを特徴とする請求項２に記載された熱間プレス成形品。
前記熱間プレス成形品は、溝底部、該溝底部に連続する稜線部、該稜線部に連続する縦壁部、該縦壁部に連続する曲線部、及び該曲線部に連続するフランジを有する略ハット型の横断面形状を有し、前記低強度部は、前記稜線部、前記フランジ、溶接予定部、打ち抜き加工予定部、前記縦壁部、又はこれらの近傍にあることを特徴とする請求項２または請求項３に記載された熱間プレス成形品。
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載された熱間プレス成形品を構成部材として有することを特徴とする自動車用構造部材。