JP6950514B2 - 鋼板部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されたように、鋼板部材の一部の領域のみをオーステナイト変態完了温度A3よりも高温まで加熱した場合、その領域のミクロ組織はオーステナイト単相に変化する。そのため、焼入れ後、その領域はマルテンサイトからなる硬質領域となる。他方、オーステナイト変態開始温度A1よりも低温までしか加熱されなかった領域では、オーステナイトは発現しない。そのため、焼入れ後も、その領域は、焼入れ前と同様にフェライト及びパーライトからなる軟質領域となる。
オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に鋼板部材を加熱した後、上部臨界冷却速度よりも速い冷却速度で前記鋼板部材を冷却する焼入れステップと、
焼入れ後の前記鋼板部材を再加熱して軟化させる焼戻しステップと、を備えた鋼板部材の製造方法であって、
前記焼戻しステップにおいて、
前記鋼板部材の第1領域は再加熱せずに、前記鋼板部材の第2領域をオーステナイト変態開始温度A1とオーステナイト変態完了温度A3との間の温度に再加熱した後、上部臨界冷却速度よりも速い冷却速度で前記鋼板部材を冷却することによって、
前記第1領域にマルテンサイトからなる硬質領域が形成され、
前記第2領域にマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとを含む軟質領域が形成され、
前記第1領域と前記第2領域との間の境界領域に、焼戻しマルテンサイトのみからなる領域が形成されるものである。
このような構成により、鋼板部材の第2領域を急速加熱することができると共に、オーステナイト変態開始温度A1とオーステナイト変態完了温度A3との間の温度に精度よく保持することができる。
このような構成により、冷間プレスにおいて発生するスプリングバックを回避しつつ、プレス成形後の冷却によって高強度な鋼板部材を得ることができる。
前記硬質領域よりも軟質な軟質領域と、
前記硬質領域と前記軟質領域との間に形成された境界領域と、を備えた鋼板部材であって、
前記軟質領域は、マルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとを含み、
前記境界領域は、焼戻しマルテンサイトのみからなる領域を含むものである。
<鋼板部材の製造方法>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る鋼板部材の製造方法について説明する。第1の実施形態に係る鋼板部材の製造方法は、衝撃に耐える硬質領域と他の金属部材と接合するための軟質領域とを備えた例えば自動車用の鋼板部材の製造方法として好適である。自動車用の鋼板部材の一例として、車両を構成するピラー用鋼板部材を挙げることができる。
なお、通常の焼戻し温度は、オーステナイト変態開始温度A1より低温であるため、第1の実施形態に係る部分焼戻しステップにおける加熱温度は、通常の焼戻し温度よりも高温である。
ここで、図1には、CCT(Continuous Cooling Transformation)図におけるマルテンサイト変態開始温度Ms、マルテンサイト変態終了温度Mf、フェライト/パーライトのノーズが模式的に示されている。すなわち、図1には、オーステナイト変態開始温度A1とオーステナイト変態完了温度A3との間の温度に再加熱された第2領域12が、上部臨界冷却速度よりも速い冷却速度で冷却される様子が模式的に示されている。
まず、図2の左側に示す部分焼戻しステップ前すなわち焼入れステップ後の鋼板部材10のミクロ組織について説明する。図2の左側に示すように、部分焼戻しステップ前の鋼板部材10のミクロ組織は、全体がマルテンサイトMからなる。
なお、本明細書における焼戻しマルテンサイトTMは、再加熱によって軟化したマルテンサイトMの総称であって、トールスタイトやソルバイトを含む。
ここで、第1領域11と第2領域12との間の境界領域13は、第2領域12からの熱伝導によって、オーステナイト変態開始温度A1よりも低温に加熱され、熱影響を受ける。そのため、境界領域13のミクロ組織は、マルテンサイトMから焼戻しマルテンサイトTMに変化する。
このように、境界領域13では、第2領域12からの距離が近い程、高温に加熱された焼戻しマルテンサイトTMを含むため、硬質な第1領域11側から軟質な第2領域12側に向かって徐々に軟質になる。
次に、図3を参照して、第1の実施形態に係る鋼板部材について説明する。図3は、第1の実施形態に係る鋼板部材の模式平面図である。第1の実施形態に係る鋼板部材は、図1に示した第1の実施形態に係る鋼板部材の製造方法を用いて製造された鋼板部材である。
なお、図3に示された鋼板部材10のミクロ組織は、図2の右側に示された部分焼戻しステップ後の鋼板部材10のミクロ組織と一致している。
第2領域12は、マルテンサイトMと焼戻しマルテンサイトTMとからなる軟質領域である。第2領域12における境界領域13近傍では、境界領域13に近づくにつれて、マルテンサイトMの量が徐々に少なくなる。軟質の第2領域12は、主に鋼板部材10を他の金属部材とスポット溶接やレーザ溶接などによって接合するために設けられている。硬質領域でなく軟質領域において接合することによって、接合後の割れを抑制することができる。
ここで、図4、図5を参照して、第1の実施形態の比較例に係る鋼板部材及びその製造方法について説明する。図4は、第1の実施形態の比較例に係る鋼板部材の製造方法を示す温度チャートである。図5は、第1の実施形態の比較例に係る鋼板部材の模式平面図である。
まず、図4を参照して、比較例に係る鋼板部材の製造方法について説明する。図4の横軸は時間(s)、縦軸は温度(℃)である。図4に示すように、比較例に係る鋼板部材の製造方法は、部分焼入れステップのみを備えている。
なお、第2領域22は、オーステナイト変態開始温度A1よりも低温に加熱された領域を含む。第2領域22のミクロ組織は、フェライト及びパーライトから変化しない。
次に、第1の実施形態に係る鋼板部材及びその製造方法による効果について説明する。
上述の通り、図5に示した比較例に係る鋼板部材20では、境界領域23が、硬質なマルテンサイトMと軟質なフェライト/パーライトFPとが混在した不安定なミクロ組織を有している。
なお、境界領域13における第1領域11近傍では、焼戻しマルテンサイトTMとマルテンサイトMとが混在するが、隣接する両者の硬度差が小さいため、割れを抑制することができる。
<鋼板部材の製造方法>
次に、図6を参照して、第2の実施形態に係る鋼板部材の製造方法について説明する。図6は、第2の実施形態に係る鋼板部材の製造方法に用いる誘導加熱装置の模式斜視図である。第1の実施形態に係る鋼板部材の製造方法では、部分焼戻しステップにおける鋼板部材10の加熱方法は特に限定されない。これに対し、第2の実施形態に係る鋼板部材の製造方法では、部分焼戻しステップにおける鋼板部材10の加熱に、図6に示した誘導加熱装置30を用いる。それ以外については、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図6に示すように、コイル31は、横置きされた断面U字状の板状部材である。コイル31の両方の開放端に高周波電源32が接続されている。鋼板部材10の第2領域12のみがコイル31の内部に挿入され、オーステナイト変態開始温度A1とオーステナイト変態完了温度A3との間の温度に誘導加熱される。鋼板部材10の第1領域11は、コイル31から露出しているため、誘導加熱されず、かつ、第2領域12からの熱伝導による熱影響も受けない。他方、第1領域11と第2領域12との間の境界領域13は、第2領域12からの熱伝導によって、オーステナイト変態開始温度A1よりも低温に加熱され、熱影響を受ける。
次に、図8を参照して、第2の実施形態に係る鋼板部材の一例の構成について説明する。図8は、第2の実施形態に係る鋼板部材の一例の斜視図である。第2の実施形態に係る鋼板部材は、第2の実施形態に係る鋼板部材の製造方法を用いて製造された鋼板部材である。図8に示した鋼板部材50は、車両を構成するピラー用鋼板部材であって、より詳細にはセンターピラーリインフォースメントである。図8では、部分焼戻しステップ前の鋼板部材50と部分焼戻しステップ後の鋼板部材50とが示されているが、両者は同一形状である。
図8に示すように、本体部51は、z軸方向に延設された天板51a、側壁51b、及びフランジ部51cを備えた断面ハット型形状の部位である。より詳細には、z軸方向に延設された天板51aの幅方向(x軸方向)の端部から一対の側壁51bが立ち上がっている。さらに、それぞれの側壁51bの高さ方向(y軸方向)の端部からフランジ部51cが外側に張り出している。
下部フランジ部53は、天板51aの下端部から長手方向外側(z軸負方向側)に延長して張り出すと共に、幅方向(x軸方向)に延設された平板状の部位である。
以下に、部分焼戻しにおいて鋼板部材を誘導加熱する第2の実施形態の実施例について説明する。鋼板部材として、厚さ2.0mm、幅100mm、長さ300mmのマンガン・ボロン鋼(22MnB5鋼)からなるホットスタンプ用鋼板の焼入れ材を用いた。
11 第1領域
12、12a、12b、12c 第2領域
13、13a、13b、13c 境界領域
30 誘導加熱装置
31 コイル
32 高周波電源
50 鋼板部材
51 本体部
51a 天板
51b 側壁
51c フランジ部
52 上部フランジ部
53 下部フランジ部
Claims (6)
- オーステナイト変態完了温度A3よりも高温に鋼板部材を加熱した後、上部臨界冷却速度よりも速い冷却速度で前記鋼板部材を冷却する焼入れステップと、
焼入れ後の前記鋼板部材を再加熱して軟化させる焼戻しステップと、を備えた鋼板部材の製造方法であって、
前記焼戻しステップにおいて、
前記鋼板部材の第1領域は再加熱せずに、前記鋼板部材の第2領域の全体をオーステナイト変態開始温度A1とオーステナイト変態完了温度A3との間の温度に再加熱した後、上部臨界冷却速度よりも速い冷却速度で前記鋼板部材を冷却することによって、
前記第1領域にマルテンサイトからなる硬質領域が形成され、
前記第2領域の全体にマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとからなる混合組織を有する軟質領域が形成され、
前記第1領域と前記第2領域との間の境界領域に、焼戻しマルテンサイトのみからなる領域が形成され、
前記鋼板部材が、前記第1領域、前記第2領域、及び前記境界領域のみからなる、
鋼板部材の製造方法。 - 前記焼戻しステップにおいて、
誘導加熱によって前記鋼板部材の第2領域を再加熱する、
請求項1に記載の鋼板部材の製造方法。 - 前記焼入れステップにおいて、
前記鋼板部材を加熱した後、前記鋼板部材を冷却する前に、前記鋼板部材をプレス成形する、
請求項1又は2に記載の鋼板部材の製造方法。 - マルテンサイトからなる硬質領域と、
前記硬質領域よりも軟質な軟質領域と、
前記硬質領域と前記軟質領域との間に形成された境界領域と、を備えた鋼板部材であって、
前記軟質領域の全体は、マルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとからなる混合組織を有し、
前記境界領域は、焼戻しマルテンサイトのみからなる領域を含み、
当該鋼板部材が、前記硬質領域、前記軟質領域、及び前記境界領域のみからなる、
鋼板部材。 - 当該鋼板部材は、車両を構成するピラー用鋼板部材であって、
前記軟質領域において、他の金属部材と接合されている、
請求項4に記載の鋼板部材。 - 当該鋼板部材の端部に設けられたフランジ部に、前記軟質領域が形成されている、
請求項5に記載の鋼板部材。
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