JP6495383B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、特に補強鋼板により局所的に補強されたプレス成形品の製造方法に関する。
従来より、車両構造において、衝突時における乗員の安全確保のために、ベース鋼板を補強鋼板により局所的に補強したプレス成形品が用いられている。
特許文献１には、ベース鋼板の補強が必要な領域に補強鋼板を重ね合わせ、重ね合わせ部分をスポット溶接することにより複合鋼板を形成し、この複合鋼板を熱間プレス（ホットプレス）することで、局所的に補強されたプレス成形品を製造する方法が記載されている。
ここで、熱間プレスは、鋼板をオーステナイト域の温度に高温加熱し、続いて金型によりプレスするというもので、金型による急冷効果により鋼板が焼き入れ強化されるため、鋼板の引張強度を飛脚的に大きくできるというプレス技術である。
特許文献２には、熱間プレスに伴う高温加熱によるスケールの生成を抑制し、耐食性を向上させるために、素材としてアルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板を用いることが記載されている。
特許文献１に記載のプレス成形品の製造方法に、特許文献２に記載のアルミニウム系めっき皮膜を有する鋼板を適用すれば、高温加熱時に鋼板の表面にＦｅ−Ａｌ合金層が形成され、耐食性に優れ、局所的に補強されたプレス成形品が得られることになる。
しかしながら、ベース鋼板と補強鋼板の重ね合わせ部分の単位面積あたりの熱容量は、補強鋼板が重ね合わされていないベース鋼板の露出部分より大きくなっている。そのため、熱間プレスに伴う高温加熱時に重ね合わせ部分を適度に加熱すると、熱容量が小さいベース鋼板の露出部分が過剰に加熱される結果、Ｆｅ−Ａｌ合金層の層構造に異常が生じ、溶接性が悪化するという問題があった。
その一方、熱容量が小さいベース鋼板の露出部分を適度に加熱すると、重ね合わせ部分が加熱不足となり、Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成されずに耐食性が悪化し、また熱間プレスによる焼き入れが不十分になるという問題があった。
さらに、熱間プレスによるすべり応力によりスポット溶接部近傍で鋼板の裂け目が発生するという問題もあった。
上述した課題に鑑み、本発明のプレス成形品の製造方法は、アルミニウム系めっき皮膜を有する第１鋼板及び第２の鋼板を重ね合わせない状態でオーステナイト域の温度に加熱し、第１及び第２の鋼板の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、前記アルミニウム系めっき皮膜を合金化してＦｅ−Ａｌ合金層を形成する工程と、前記Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成された第１の鋼板と第２の鋼板を溶接することなく重ね合わせた状態で熱間プレスする工程と、熱間プレスされた第１の鋼板と第２の鋼板とを溶接する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、耐食性に優れ、かつ溶接性にも優れた、局所的に補強されたプレス成形品を製造することが可能になる。また、熱間プレス後に２つの鋼板の溶接を行うようにしたので、熱間プレスによるすべり応力によりスポット溶接部近傍で鋼板の裂け目が発生するという問題も回避することができる。
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。先ず、図１に示すように、アルミニウム系めっき皮膜を表面及び裏面の全面に有する第１及び第２の鋼板１，２をそれぞれ第１及び第２の加熱炉３，４によりオーステナイト域の温度Ｔ０に加熱し、第１及び第２の鋼板１，２の本体をオーステナイトに変態せしめる。第１の鋼板１はベース鋼板、第２の鋼板２は補強鋼板である。
この時、図２に示すように、アルミニウム系めっき皮膜中のＡｌと第１及び第２の鋼板１，２中のＦｅの合金化により、鋼板１及び第２の表面及び裏面の全面に耐食性に優れたＦｅ−Ａｌ合金層５が形成される。
オーステナイト域の温度Ｔ０は、第１及び第２の鋼板１，２の炭素含有量により異なるが、例えば、９００℃前後である。また、アルミニウム系めっき皮膜は、例えば、Ｓｉを１０％含有するアルミめっき皮膜である。
前記加熱工程において、鋼板１の加熱量を適切に制御することにより、５層構造を有するＦｅ−Ａｌ合金層２を得ることが、その後の良好な溶接性を得る上で好ましい。この５層構造は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ状態図等から、表面から１，３層目は、Ｆｅ２Ａｌ５、２層目は、Ｆｅ２Ａｌ５，ＦｅＡｌ，Ｆｅ３Ｓｉ２Ａｌ３の混層、４層目は、ＦｅＡｌ、５層目は、Ａｌ固溶フェライトであると考えられている。５層構造については、「溶接学会誌 第７８巻（２００９年）第６号 第２３頁〜第３０頁」に記載されている。
このように、第１及び第２の鋼板１，２を重ね合わせない状態で、それぞれ第１及び第２の加熱炉３，４により加熱しているので、加熱量を最適化し、第１及び第２の鋼板１，２の本体をオーステナイトに変態せしめ、かつそれらの表面に耐食性、溶接性に優れたＦｅ−Ａｌ合金層５を形成することができる。
第１及び第２の鋼板１，２の加熱量が過剰であると、Ｆｅ−Ａｌ合金層５の層構造は５層ではなく、２層となり、溶接性が悪化するが、本実施形態によれば、第１及び第２の鋼板１，２を重ね合わせることなく、加熱する方式を採用したので、それぞれの鋼板の加熱量を最適化することができ、鋼板のオーステナイト化と、５層構造のＦｅ−Ａｌ合金層５の形成を両立することができる。また、第１及び第２の鋼板１，２を重ね合わせない状態で加熱するのであれば、１台の加熱炉で加熱してもよい。
次に、図３に示すように、第１及び第２の鋼板１，２を第１及び第２の加熱炉３，４から同時に取り出し、第１の鋼板１の補強が必要な領域に第２の鋼板２を重ね合わせる。この一例では、平面的に見て、第２の鋼板２の全体が第１の鋼板１の面積領域の中に含まれている。この段階では両鋼板の溶接を行わない。
続いて、図４に示すように、第１及び第２の鋼板１，２を重ね合わせた状態で、熱間プレスを行う。図示のように、凹部６ａを有する下金型６の上方に対向して凹部６ａに嵌合する凸部７ａを有する上金型７を備えた熱間プレス装置を準備する。そして、図４（ａ）に示すように、第１及び第２の鋼板１，２を下金型６にセットし、上金型７を下動させることで、図４（ｂ）に示すように、第１及び第２の鋼板１，２を下金型６と上金型７の間に挟み、第１及び第２の鋼板１，２の急冷とプレス成形を同時に行う。
これにより、第１及び第２の鋼板１，２はオーステナイト域の温度から急冷されるので、マルテンサイト変態が生じ、焼き入れが行われる。
その後、金型を開放して、図５及び図６に示すプレス成形品８を取り出す。このような熱間プレスの結果、プレス成形品８を構成する第１及び第２の鋼板１，２は例えば１５００ＭＰａという非常に高い引張強度を持っており、それらの重ね合わせ部分は、２枚の高張力鋼板により補強されている。
続いて、プレス成形品８を構成する第１の鋼板１及び第２の鋼板２を溶接する。この場合、プレス成形品８は、例えば断面Ｕ字形等の複雑な３次元形状を有していることが多いことから、スポット溶接よりも、溶接箇所の自由度が高いレーザー溶接を用いることが好ましい。
レーザー溶接を用いる場合、図５及び図６に示すように、例えば、プレス成形品８の底部、縦壁、底角部または端部に、破線で示したレーザービームを照射し、必要に応じてビームを走査することで第１の鋼板１及び第２の鋼板２を局所的に溶融させ、溶接部９を形成することが好ましい。この場合、溶接形状は直線形状に限る必要は無い。
このように、この実施形態の製造方法によれば、耐食性に優れ、かつ溶接性にも優れた、局所的に補強されたプレス成形品８を製造することが可能になる。また、熱間プレス時には第１及び第２の鋼板１，２を重ね合わせるものの両者のスポット溶接は行わず、熱間プレス後に溶接を行っていることから、熱間プレスによるすべり応力により溶接部近傍で鋼板の裂け目が発生するという問題も回避することができる。
１ 第１の鋼板
２ 第２の鋼板
３ 第１の加熱炉
４ 第２の加熱炉
５ Ａｌ−Ｆｅ合金層
６ 下金型
６ａ 凹部
７ 上金型
７ａ 凸部
８ プレス成形品
９ 溶接部
２ 第２の鋼板
３ 第１の加熱炉
４ 第２の加熱炉
５ Ａｌ−Ｆｅ合金層
６ 下金型
６ａ 凹部
７ 上金型
７ａ 凸部
８ プレス成形品
９ 溶接部
Claims (3)
- アルミニウム系めっき皮膜を有する第１鋼板及び第２の鋼板を重ね合わせない状態でオーステナイト域の温度に加熱し、第１及び第２の鋼板の本体をオーステナイトに変態せしめると共に、前記アルミニウム系めっき皮膜を合金化してＦｅ−Ａｌ合金層を形成する工程と、
前記Ｆｅ−Ａｌ合金層が形成された第１の鋼板と第２の鋼板を溶接することなく重ね合わせた状態で熱間プレスする工程と、
熱間プレスされた第１の鋼板と第２の鋼板とを溶接する工程と、を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。 - 前記第１の鋼板及び第２の鋼板をそれぞれ第１及び第２の加熱炉で加熱することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品の製造方法。
- 前記溶接は、レーザー溶接であることを特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形品の製造方法。
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