JP6264425B1

JP6264425B1 - 焼き付け処理成形品の強度推定方法

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Publication number: JP6264425B1
Application number: JP2016209313A
Authority: JP
Inventors: 遼揚場; 亮伸石渡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
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Abstract

【課題】焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定する焼き付け処理成形品の強度推定方法を提供する。【解決手段】本発明に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法は、焼き付けにより硬化する鋼板の材料特性と予ひずみとの関係を取得する焼き付け硬化材料特性取得ステップＳ１と、プレス成形品１のプレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみを算出するプレス成形解析ステップＳ３と、該単軸相当の塑性ひずみのプレス成形過程のひずみ経路における最大値を取得する単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５と、該取得した最大値を用いて焼き付け硬化後の材料特性をプレス成形品１に設定する焼き付け硬化材料特性設定ステップＳ７と、該焼き付け硬化後の材料特性が設定されたプレス成形品１の強度解析を行い、焼き付け処理成形品の強度を推定する強度解析ステップＳ９を有することを特徴とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、焼き付けにより硬化する鋼板を用いてプレス成形し焼き付け処理した部材（本明細書および特許請求の範囲において、「焼き付け処理成形品」という）について、耐衝突性能等の強度を推定する焼き付け処理成形品の強度推定方法に関する。

自動車や自動車車体に用いられる自動車部品の耐衝突性能を解析する手法として、コンピュータシミュレーションを用いた衝突解析がある。自動車や自動車車体の衝突解析においては、自動車部品に使用される材料の特性を基にして行われる。

自動車部品に用いられる材料のひとつに、焼き付けにより硬化する鋼板がある。自動車の製造に際してホワイトボデーは、各自動車部品のプレス成形、組み立て、電着塗装、焼き付け処理といった工程を経る。焼き付けにより硬化する鋼板は、上記工程中のプレス成形工程において与えられた加工ひずみの程度に応じて、焼き付け処理工程において焼き付け硬化して強度が上昇する特性を有する。したがって、焼き付けにより硬化する鋼板を使用して製造した自動車部品の強度をコンピュータシミュレーションによって予測するためには、予め与えられた加工ひずみ（予ひずみ）と焼き付け硬化による強度の上昇との関係を正確に把握し、この関係に基づく自動車部品の材料特性を得て、衝突解析等のコンピュータシミュレーションを行う必要がある。

プレス成形品の焼き付け硬化後の強度を予測する手法に関して、いくつかの従来技術が挙げられる。
特許文献１には、プレス成形後におけるプレス成形品のひずみ状態から相当塑性ひずみを算出し、該算出した相当塑性ひずみと焼き付けにより硬化する鋼板の硬化量を関連付けて前記プレス成形品の耐デント性を予測する手法が開示されている。
また、特許文献２には、予ひずみを与えた後に焼き付け処理して硬化させた鋼材の応力とひずみの関係を推定する方法が開示されている。

特開２０００−２４９６３６号公報特許５１３１２１２号公報

一般的に、プレス成形品の強度を議論する際には、プレス成形中に鋼板に与えられた累積相当塑性ひずみや流動応力と関連付けてなされることが多い。そのため、焼き付け処理して硬化させた焼き付け処理成形品の強度を推定する場合においても、累積相当塑性ひずみや流動応力を用いることが考えられる。
しかし、プレス成形中にひずみ経路が大きく変化した部位、例えばハット断面部品を絞り成形する際に曲げ曲げ戻し変形を受ける縦壁部などに関しては、塑性ひずみをどのように見積もるべきかについてこれまで詳細な議論がなされていなかった。

特許文献１に開示されている方法によれば、プレス成形後の相当塑性ひずみの値に基づいて焼き付け硬化したプレス成形品の強度を予測することができるとされているが、プレス成形中におけるひずみ経路については考慮されておらず、例えば、引張から圧縮へ、または、圧縮から引張へと面内の反転負荷を受けてプレス成形後にひずみの値が0となるような部位について、前記相当塑性ひずみの値では焼き付け硬化後の焼き付け処理成形品の強度を正しく予測できないという問題があった。

また、特許文献２に開示されている方法においても、焼き付け処理して硬化させた鋼材の応力を推定するために用いる相当塑性ひずみの定義が曖昧であり、成形中におけるひずみ経路については考慮されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、例えば、焼き付けにより硬化する鋼板を用いて、引張から圧縮へ、圧縮から引張へとひずみ経路が変化する変形を受けてプレス成形されたプレス成形品について焼き付け処理後の焼き付け処理成形品における耐衝突性能等の強度を推定する焼き付け処理成形品の強度推定方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法は、焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定するものであって、予ひずみを付与して焼き付け処理した焼き付けにより硬化する鋼板の焼き付け硬化後の材料特性と前記予ひずみとの関係を取得する焼き付け硬化材料特性取得ステップと、前記焼き付けにより硬化する鋼板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形解析を行い、プレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみを算出するプレス成形解析ステップと、該算出した単軸相当の塑性ひずみのプレス成形過程のひずみ経路における最大値を求める単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップと、前記焼き付け硬化材料特性取得ステップで取得した焼き付け硬化後の材料特性と予ひずみとの関係を用いて、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値に対応する焼き付け硬化後の材料特性を前記プレス成形品の材料データとして設定する焼き付け硬化材料特性設定ステップと、該焼き付け硬化後の材料特性が設定された前記プレス成形品の強度解析を行い、前記焼き付け処理成形品の強度を推定する強度解析ステップを有することを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップは、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値を要素毎に取得し、前記焼き付け硬化材料特性設定ステップは、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値が所定の範囲に含まれる要素群からなる領域に前記プレス成形品を分割し、該分割した領域毎に前記焼き付け硬化後の材料特性を設定することを特徴とするものである。

本発明は、焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定するものであって、予ひずみを付与して焼き付け処理した焼き付けにより硬化する鋼板の焼き付け硬化後の材料特性と前記予ひずみとの関係を取得する焼き付け硬化材料特性取得ステップと、前記焼き付けにより硬化する鋼板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形解析を行い、プレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみを算出するプレス成形解析ステップと、該算出した単軸相当の塑性ひずみのプレス成形過程のひずみ経路における最大値を求める単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップと、前記焼き付け硬化材料特性取得ステップで取得した焼き付け硬化後の材料特性と予ひずみとの関係を用いて、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値に対応する焼き付け硬化後の材料特性を前記プレス成形品の材料データとして設定する焼き付け硬化材料特性設定ステップと、該焼き付け硬化後の材料特性が設定された前記プレス成形品の強度解析を行い、前記焼き付け処理成形品の強度を推定する強度解析ステップを有することにより、プレス成形過程においてひずみ経路が変化するような変形を受けてプレス成形された前記プレス成形品の焼き付け硬化後の材料特性を的確に設定することができ、前記焼き付け処理成形品の耐衝突性能等の強度を精度良く推定することができる。

本発明の実施の形態に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。単軸引張荷重／圧縮荷重を付与した焼き付けにより硬化する鋼板の試験片における単軸相当の塑性ひずみの最大値と、該試験片の焼き付け処理によるビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の関係を示すグラフである。単軸引張荷重／圧縮荷重を付与した焼き付けにより硬化する鋼板の試験片における単軸相当の塑性ひずみの累積値と、該試験片の焼き付け処理によるビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の関係を示すグラフである。単軸引張荷重／圧縮荷重を付与した焼き付けにより硬化する鋼板の試験片における流動応力と、該試験片の焼き付け処理によるビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の関係を示すグラフである。本発明に係る焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品の一例を示す図である。単軸引張荷重／圧縮荷重を付与して予ひずみを与えて焼き付け処理した焼き付け硬化後の引張試験におけるひずみと真応力（強度）の関係を示すグラフである。本発明の実施の形態における強度解析方法を説明する図である。本実施例で得られたプレス成形品の強度解析の結果を示すグラフである。

本発明の実施の形態に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法の説明に先立ち、本発明で対象とする焼き付けにより硬化する鋼板と、焼き付け硬化後の強度とひずみの関係について説明する。

焼き付けにより硬化する鋼板とは、プレス成形等によって与えられた加工ひずみ（予ひずみ）の量に応じて、焼き付け処理により硬化して強度が上昇する性質を持った鋼板である。この焼き付け処理時の強度上昇を、時効硬化、若しくは焼き付け硬化と呼ぶ。

焼き付けにより硬化する鋼板には、焼き付け処理により降伏強度が上昇するBH鋼板（Bake Hardened）、降伏強度に加えて引張強度も上昇するBHT（登録商標：Bake Hardenable steel with Tensile strength increase）鋼板がある。

焼き付け硬化の基本的なメカニズムは、BH鋼板、BHT鋼板ともに共通であり、焼き付けにより硬化する鋼板にプレス成形等によって予ひずみが与えられたとき、鋼板内の転位密度が上昇し、鋼板中に転位が導入された状態で焼き付け塗装等により温度が上昇すると、鋼板中の結晶粒界に留まっていた炭素原子や窒素原子が動き、転位に吸着することによって鋼板が硬化する。したがって、焼き付け硬化量は、鋼板に導入された転位の量（転位密度）、すなわち予ひずみと相関性を有する。

したがって、焼き付け硬化した焼き付け処理成形品の強度を推定するためには、プレス成形などにより与えられた予ひずみを正しく見積り、該予ひずみに基づいて焼き付け硬化した後の強度などの材料特性を把握することが重要である。

前述のとおり、従来、焼き付け硬化した後の焼き付け処理成形品の強度は、プレス成形により与えられた予ひずみとしてプレス成形中の累積相当塑性ひずみを用いて予測されていた。しかしながら、ひずみ経路が変化する変形を受けてプレス成形される場合、累積相当塑性ひずみはプレス成形過程で受けた圧縮、引張の各ひずみの絶対値の加算値であったため、焼き付け硬化後の強度を正しく予測できず、予ひずみをどのように見積るかが課題であった。

そこで、発明者らは、種々の材料試験の結果を鋭意検討した結果、焼き付け処理成形品の焼き付け硬化後の強度は、プレス成形開始からプレス成形終了までの間のひずみ径路における単軸相当の塑性ひずみの最大値と強い相関があることを見出した。

ここで、本発明における単軸相当の塑性ひずみとは、プレス成形の一連のひずみ経路において、各塑性変形過程におけるそれぞれのひずみを意味する。
例えば、一軸方向のひずみ経路であれば、引張および／または圧縮の一連のひずみ経路において、各引張過程または各圧縮過程におけるそれぞれのひずみを意味する。すなわち、引張(１)、圧縮(１)、引張(２)の順となる一連のひずみ経路であれば、引張(１)のひずみ、圧縮(１)のひずみ、引張(２)のひずみをそれぞれ意味する。

また、二軸方向のひずみ経路であれば、二軸が交差する方向に引張−引張、引張−圧縮、圧縮−圧縮のいずれかのひずみが作用するので、これらの一連のひずみ経路において、これらをそれぞれ単軸相当のひずみに換算して求めた値を意味する。すなわち、［X軸方向ひずみ−Y軸方向ひずみ］として表すと、［引張−引張］(１)、［引張−圧縮］(１)、［圧縮−圧縮］(１)、［引張−引張］(２)の順となる一連のひずみ経路であれば、［引張−引張］(１)、［引張−圧縮］(１)、［圧縮−圧縮］(１)、［引張−引張］(２)の二軸方向ひずみをそれぞれ単軸相当に換算したそれぞれの値を意味する。そして、単軸相当の塑性ひずみの最大値とは、プレス成形中のひずみ経路における最大値である。

なお、ひずみ経路を持つ塑性変形の場合、一般に、相当塑性ひずみの最大値とは、ひずみ経路における単軸相当の塑性ひずみの絶対値を加算した累積値であるが、本発明に係る単軸相当の塑性ひずみは、上記の定義のとおり、ひずみ経路における累積値ではないため、本発明に係る単軸相当の塑性ひずみの最大値と前記相当塑性ひずみの最大値とは異なるものである。

また、本発明において、単軸相当の塑性ひずみの最大値は、次のように求めることができる。
焼き付けにより硬化する鋼板に単軸荷重を付与した時の応力−ひずみの関係が、例えば、次式のSwiftの式に従うと仮定する。
σ＝K（ε₀＋ε_p）ⁿ ・・・（１）
ここで、σは真応力、ε_pはひずみ、K、ε₀、nは、定数である。

式（１）より、塑性ひずみε_pは次のように表すことができる。
ε_p＝(σ)^1／n／K−ε₀＝f(σ)・・・（２）

そして、焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品のプレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみは、式（２）中の真応力σとしてプレス成形過程における相当応力を与えることにより表されるものとすると、相当応力に対応する塑性ひずみは応力−ひずみ曲線から一義的に求まるため、単軸相当の塑性ひずみの最大値は、プレス成形中における相当応力の最大値σmaxを用いてεeqmax＝f(σmax)と表される。

このように、プレス成形中に相当応力が最大値σmaxとなったときにおける塑性ひずみにより単軸相当の塑性ひずみの最大値εeqmaxを求めることができる。

なお、上記の例では、応力−ひずみの関係をSwiftの式で表したが、応力に対して塑性ひずみが一意に定まる関係で表現できれば、必ずしもSwiftの式を利用する必要はなく、例えば応力とひずみを点列データにより関連付けたものでも構わない。

上記の例を含めて求めた単軸相当の塑性ひずみの最大値が焼き付け硬化後の強度と関係するということは、単軸相当の塑性ひずみの最大値が転位密度と相関があることを示している。そこで、この関係を検証するため、単軸引張圧縮試験およびビッカース硬度測定試験を行ったので、以下、その結果を示す。

まず、440MPa級、板厚2.0mmのBH鋼板の試験片に対して、単軸引張荷重又は単軸圧縮荷重を作用させて予ひずみを付与した。予ひずみ付与後の試験片を焼き付け処理して焼き付け硬化させた試験片のビッカース硬度を測定し、焼き付け処理による硬度の上昇量を求めた。

ここで、試験片に付与した予ひずみから、引張荷重又は圧縮荷重を単軸で試験片に作用させ、該試験片に生じるひずみ経路の塑性ひずみ（上述の単軸相当の塑性ひずみ）の最大値(絶対値)を抽出した。
表１に、単軸引張荷重よび／又は単軸圧縮荷重を作用させて試験片に生じさせるひずみ経路と塑性ひずみの最大値を示す。

表１の各条件において試験片に作用させる引張荷重と圧縮荷重とを区別するため、引張荷重の場合の引張ひずみの値を正（+）、圧縮荷重の場合の圧縮ひずみを負（-）で表しているが、試験片に付与した予ひずみである単軸相当の塑性ひずみは、各ひずみの絶対値で表すことができる。

条件０は、試験片に圧縮ひずみおよび引張ひずみのいずれも付与せずに焼き付け処理したものであり、試験片に付与された予ひずみは0%である。

条件１〜４は、単軸引張荷重を作用させて引張ひずみを与えて除荷した試験片に焼き付け処理したものである。条件１〜４において、試験片に付与された予ひずみは、各条件で試験片に与えられた引張ひずみの絶対値（＝1%、3%、5%および9%）である。

条件５〜７は、単軸圧縮荷重を作用させて圧縮ひずみを与えて除荷した試験片に焼き付け処理したものである。条件５〜７において、試験片に付与される予ひずみは、各条件で試験片に与えられた圧縮ひずみの絶対値である（＝1%、3%、5%）。

条件８〜１２は、まず単軸引張荷重を作用させて引張ひずみを与え、その後、単軸圧縮荷重を作用させて圧縮ひずみを与えて除荷した試験片を焼き付け処理したものである。条件８〜１２において、試験片に付与される予ひずみは、引張荷重又は圧縮荷重を作用させて与えられたひずみの最大値（絶対値）である。

例えば、条件１１は、単軸引張荷重を作用させて+5%の引張ひずみを与えた状態から、単軸圧縮荷重を作用させて-3%の圧縮ひずみを与えて除荷するものであるので、条件１１において付与された塑性ひずみの最大値は5%である。
なお、比較となる累積相当塑性ひずみは、引張変形→圧縮変形の各過程で与えられるひずみ（絶対値）を累積した値であるため、例えば、条件１１における累積相当塑性ひずみは、5+3＝8%となる。

条件１３〜１７は、まず単軸引張荷重を作用させた後に単軸圧縮荷重を作用させ、さらに単軸引張荷重を作用させた試験片に焼き付け処理したものである。

例えば、条件１４は、単軸引張荷重を作用させて+5%の引張ひずみを与えた状態から、単軸圧縮荷重を作用させて-5%の圧縮ひずみを与え、さらに単軸引張荷重を作用させて+3%の引張ひずみを与えて除荷したものであり、条件１４において付与される塑性ひずみの最大値は5%である。
これに対し、条件１４における比較となる累積相当塑性ひずみは、引張変形→圧縮変形→引張変形の各過程で与えられるひずみ（絶対値）を累積した値であり、5+5+3＝13%となる。

図２に、各条件において試験片に付与した塑性ひずみの最大値と焼き付け硬化させた試験片の強度の指標となるビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の結果を示す。また、比較として、図３に、各条件において試験片に付与したひずみの累積値（累積相当塑性ひずみ）と焼き付け硬化させた試験片のビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の結果を、図４に、各条件において試験片に生じた流動応力と焼き付け硬化させた試験片のビッカース硬度の上昇量（ΔHv）の結果を示す。

図２〜４より、焼き付け処理による試験片のビッカース硬度の上昇量は、引張荷重及び圧縮荷重を作用させた際の塑性ひずみの最大値に強く相関するのに対し、比較とした累積相当塑性ひずみや流動応力との相関は弱かった。

この結果は、圧縮から引張のようにひずみ経路が変化する変形を受けてプレス成形された焼き付け処理成形品の強度を推定するにあたり、焼き付け硬化後の強度と相関がある予ひずみとして該ひずみ経路における塑性ひずみの最大値を用いて焼き付け処理成形品の材料特性を見積ることが可能であることを示している。

本発明に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法は、これらの検証結果に基づいてなされたものである。以下、本発明の実施の形態に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法について詳細に説明する。

本実施の形態に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法は、図５に一例として示す焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品１を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定するものであって、図１に示すように、焼き付け硬化材料特性取得ステップＳ１と、プレス成形解析ステップＳ３と、単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５と、焼き付け硬化材料特性設定ステップＳ７と、強度解析ステップＳ９を有する。
以下、上記の各ステップについて詳細に説明する。

＜焼き付け硬化材料特性取得ステップ＞
焼き付け硬化材料特性取得ステップＳ１は、予ひずみを付与して焼き付け処理した焼き付けにより硬化する鋼板の焼き付け硬化後の材料特性と予ひずみの関係を取得するものである。

本実施の形態で取得する焼き付け硬化後の材料特性としては、焼き付け硬化させた後の応力とひずみの関係（応力−ひずみ曲線）があり、応力−ひずみ曲線は、例えば、単軸引張試験などにより得ることができる。

予ひずみを付与して焼き付け処理した後の材料特性の一例として、図６に、0%、1%、5%、10%および15%の予ひずみを付与して焼き付け処理した後の応力−ひずみ曲線のグラフを示す。

なお、以下のステップは、コンピュータが行うものであり、プレス成形解析ステップＳ３および強度解析ステップＳ９については、例えば市販の構造解析ソフトウェアを用いてもよい。

＜プレス成形解析ステップ＞
プレス成形解析ステップＳ３は、焼き付けにより硬化する鋼板を目標形状のプレス成形品１にプレス成形するプレス成形解析を行い、成形過程における単軸相当の塑性ひずみを算出するものである。

本実施の形態において、プレス成形解析ステップＳ３は、要素毎に単軸相当の塑性ひずみを算出するものであるが、節点毎に単軸相当の塑性ひずみを算出しても良い。

＜単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップ＞
単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５は、プレス成形解析ステップＳ３において算出した単軸相当の塑性ひずみのプレス成形過程（ひずみ経路）における最大値を求めて取得するものである。単軸相当の塑性ひずみの最大値は、後述する強度解析ステップＳ９での強度解析において、プレス成形品１の材料データとして焼き付け硬化後の材料特性を設定するために用いる。

例えば、焼き付けにより硬化する鋼板を用いて図５に示すような断面ハット形状のプレス成形品１を絞り成形する場合、縦壁部３は成形中に曲げ曲げ戻し変形を受けるためにひずみ経路が大きく変化する部位である。そこで、ひずみ経路の変化を考慮して、プレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみの最大値を求める。

本実施の形態において、単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５は、要素毎に算出した単軸相当の塑性ひずみの最大値を求めるが、プレス成形解析ステップＳ３において節点毎に単軸相当の塑性ひずみを算出した場合においては、節点毎に単軸相当の塑性ひずみの最大値を求めるものであっても良い。

＜焼き付け硬化材料特性設定ステップ＞
焼き付け硬化材料特性設定ステップＳ７は、焼き付け硬化材料特性取得ステップＳ１で取得した応力−ひずみ曲線と予ひずみの関係（図６参照）を用いて、単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５で取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値に対応する焼き付け硬化後の材料特性をプレス成形品１の材料データとして設定するものである。

本実施の形態に係る焼き付け硬化材料特性設定ステップＳ７においては、単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５で取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値が所定の範囲に含まれる要素群からなる領域にプレス成形品１を分割し、該分割した領域毎に焼き付け硬化後の材料特性（応力−ひずみ曲線）を設定してもよい。

領域分割における単軸相当の塑性ひずみの最大値の所定の範囲と、該単軸相当の塑性ひずみの最大値に対応する焼き付け硬化後の材料特性は、例えば以下のように設定することができる。

単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５で取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値が0%以上1%未満の範囲に含まれる要素群からなる領域に対しては、予ひずみ0%、すなわち、予ひずみを与えずに焼き付け処理した応力−ひずみ曲線を前記領域の材料特性として設定する。

同様に単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップＳ５で取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値が1%以上5%未満に含まれる要素群からなる領域に対しては、予ひずみ1%を付与して焼き付け処理した応力−ひずみ曲線を前記領域の材料特性として設定する。

さらに、単軸相当の塑性ひずみの最大値が5%以上10%未満および10%以上15%未満の範囲に含まれる要素群から領域に対しては、それぞれ予ひずみ5%および10%を付与して焼き付け処理した応力−ひずみ曲線を前記領域の材料特性としてそれぞれ設定する。

上記の例では、単軸相当の塑性ひずみの最大値の所定範囲として0%以上1%未満、1%以上5%未満、5%以上10%未満および10%以上15%未満を設定し、各所定範囲に対応させてプレス成形品１を領域分割したものであるが、単軸相当の塑性ひずみの最大値の所定の範囲毎に材料特性（応力−ひずみ曲線）が取得されていれば、領域分割に用いる単軸相当の塑性ひずみの最大値の所定の範囲は任意に設定することができる。

＜強度解析ステップ＞
強度解析ステップＳ９は、焼き付け硬化材料特性設定ステップＳ７において焼き付け硬化後の材料特性を設定したプレス成形品１の強度解析を行い、プレス成形品１を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定するものである。

強度解析ステップＳ９における強度解析は、例えば、図７に示すように、プレス成形品１の下部の２点を拘束した状態でプレス成形品１の上面に強制変位を与えることにより行うことができ、この場合、前記下部の２点における反力をプレス成形品１の強度として求める。

以上、本実施の形態に係る焼き付け処理成形品の強度推定方法によれば、プレス成形中における単軸相当の塑性ひずみの最大値を用いて、焼き付け処理によって焼き付け硬化した材料特性をプレス成形品の材料データとして設定し、該材料データが設定されたプレス成形品について強度解析を行うことにより、焼き付け処理された焼き付け処理成形品の強度を精度良く推定することができる。

本発明の作用効果について確認するための検証を行ったので、これについて以下に説明する。
本実施例では、図５に示すような焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品１を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を本発明に係る部材強度推定方法により推定し、その妥当性を検証した。

まず、引張強度440MPa級、板厚2.0mmの焼き付けにより硬化する鋼板（BHT鋼板）に1%、5%、10%および15%の予ひずみを付与して焼き付け処理した後に単軸引張試験を行い、焼き付け硬化した後の材料特性である応力−ひずみ曲線と焼き付け硬化前の予ひずみとの関係を取得した（図６参照）。

次に、前記焼き付けにより硬化する鋼板をプレス成形品１に絞り成形するプレス成形解析を行い、成形過程におけるプレス成形品１の単軸相当の塑性ひずみを要素毎に算出した。ここで、プレス成形解析には、FEMシミュレーションの汎用ソルバーであるLS-DYNA（登録商標：Livermore Software Technology Corporation）を使用し、動的陽解法を適用した。
そして、プレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみの最大値を要素毎に取得した。

プレス成形解析結果に基づいて取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値に応じて、焼き付け硬化前の各予ひずみ（0%、1%、5%、10%および15%）における焼き付け硬化後の材料特性である応力−ひずみ曲線（図６参照）をプレス成形品１の材料データとして設定した。

ここで、焼き付け硬化後の材料特性である応力−ひずみ曲線の設定においては、要素毎に取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値が所定の範囲に含まれる要素群からなる領域にプレス成形品１を分割し、該分割した領域毎に焼き付け硬化後の応力−ひずみ曲線を設定した。

単軸相当の塑性ひずみの最大値の所定範囲と焼き付け硬化後の材料特性について、本実施例では、図６に示す応力−ひずみ曲線を用いた。すなわち、取得した単軸相当の塑性ひずみの最大値が1%未満の要素群からなる領域には予ひずみ0%の応力−ひずみ曲線を、単軸相当の塑性ひずみの最大値が1%以上5%未満の要素群からなる領域には予ひずみ1%の応力−ひずみ曲線を、単軸相当の塑性ひずみの最大値が5%以上10%未満の要素群からなる領域には予ひずみ5%の応力−ひずみ曲線を、単軸相当の塑性ひずみの最大値が10%以上15%未満の要素群からなる領域には予ひずみ10%の応力−ひずみ曲線を、単軸相当の塑性ひずみの最大値が15%以上の要素群からなる領域には予ひずみ15%の応力−ひずみ曲線を、各領域における材料データとして設定した。

そして、上記のように焼き付け硬化後の材料特性を設定したプレス成形品１の強度解析を行い、プレス成形品１の強度を算出した。強度解析では、図４に示すように、プレス成形品１の下部の２点を拘束して上面に強制変位を与えたときの前記２点における反力の履歴を計測し、該反力の最大値をプレス成形品１の強度とした。

本実施例では、プレス成形品１を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を上記手順により推定したものを発明例とした。さらに、比較対象として、従来利用されてきた指標である成形直後の単軸相当の塑性ひずみの値（比較例１）、および、成形中の累積相当塑性ひずみ（比較例２）を用いて焼き付け硬化後の材料特性をプレス成形品１の材料データとして設定し、その強度解析を行った。

これらの成形直後の単軸相当の塑性ひずみや累積相当塑性ひずみを用いた焼き付け硬化後の材料特性の設定に関しては、上述の発明例と同様、成形直後の単軸相当の塑性ひずみ又は累積相当塑性ひずみをプレス成形品１に付与された予ひずみとし、当該予ひずみに対応する応力−ひずみ曲線をプレス成形品１の材料データとして設定した。

さらに、発明例、比較例１および比較例２におけるプレス成形品１の強度の解析値を、実際に焼き付けにより硬化する鋼板を用いてプレス成形および焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を測定した実験値と比較した。

図８に、プレス成形品１の強度解析の結果を示す。図８において縦軸は、焼き付け処理成形品の強度の実験値と強度解析により算出した解析値との比である。図８より、比較例１および比較例２に比べると発明例における強度の解析値は、実験値と最も良く一致していることがわかる。

以上、本発明に係る強度推定方法によれば、焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品を焼き付け処理した焼き付け処理品における焼き付け硬化後の材料特性を正確に設定することができ、焼き付け処理品の強度を良好に推定できることが実証された。

１プレス成形品
３縦壁部

Claims

焼き付けにより硬化する鋼板のプレス成形品を焼き付け処理した焼き付け処理成形品の強度を推定する焼き付け処理成形品の強度推定方法であって、
予ひずみを付与して焼き付け処理した焼き付けにより硬化する鋼板の焼き付け硬化後の材料特性と前記予ひずみとの関係を取得する焼き付け硬化材料特性取得ステップと、
前記焼き付けにより硬化する鋼板を前記プレス成形品にプレス成形するプレス成形解析を行い、プレス成形過程における単軸相当の塑性ひずみを算出するプレス成形解析ステップと、
該算出した単軸相当の塑性ひずみのプレス成形過程のひずみ経路における最大値を求める単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップと、
前記焼き付け硬化材料特性取得ステップで取得した焼き付け硬化後の材料特性と予ひずみとの関係を用いて、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値に対応する焼き付け硬化後の材料特性を前記プレス成形品の材料データとして設定する焼き付け硬化材料特性設定ステップと、
該焼き付け硬化後の材料特性が設定された前記プレス成形品の強度解析を行い、前記焼き付け処理成形品の強度を推定する強度解析ステップを有することを特徴とする焼き付け処理成形品の強度推定方法。
前記単軸相当の塑性ひずみ最大値取得ステップは、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値を要素毎に取得し、
前記焼き付け硬化材料特性設定ステップは、前記単軸相当の塑性ひずみの最大値が所定の範囲に含まれる要素群からなる領域に前記プレス成形品を分割し、該分割した領域毎に前記焼き付け硬化後の材料特性を設定することを特徴とする請求項１記載の焼き付け処理成形品の強度推定方法。