JP7518463B1 - テーラードブランク、プレス成形品、テーラードブランクの製造方法、及びプレス成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2023年1月30日に、日本に出願された特願2023-011644号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
h2/h1≧1.1・・・(式1)
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
前記テーラードブランクのA面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のA面S1A及び前記第二の鋼板のA面S2Aとし、且つ、前記テーラードブランクのB面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のB面S1B及び前記第二の鋼板のB面S2Bとしたとき、前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとの段差LDa、及び前記第一の鋼板の前記B面S1Bと前記第二の鋼板の前記B面S2Bとの段差LDbは、下記式3を満たし、
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記A面S1Aにアルミ系めっき層を有し、前記第一の鋼板の前記A面S1Aに配された前記アルミ系めっき層は、前記溶接金属と接触しており、前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bに素地露出部を有し、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部は、前記溶接金属と接触している。
(2)上記(1)に記載のテーラードブランクでは、好ましくは、前記第二の鋼板は、アルミ系めっき鋼板、亜鉛系めっき鋼板、又は非めっき鋼板である。
(3)上記(1)又は(2)に記載のテーラードブランクでは、好ましくは、前記第一の鋼板の板厚h1、及び前記第二の鋼板の板厚h2は、下記式4を満たす。
h2/h1≧1.5・・・(式4)
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のテーラードブランクでは、好ましくは、前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bにアルミ系めっき層を有し、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配置されている。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一項に記載のテーラードブランクでは、好ましくは、前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとが略同一面上にある。
(6)上記(1)~(5)のいずれか1項のテーラードブランクでは、好ましくは、前記炭素濃度C1が前記炭素濃度C2と異なる。
H2/H1≧1.1・・・(式5)
H1×T1≦H2×T2・・・(式6)
前記プレス成形品のA面の側の、前記第一の鋼材及び前記第二の鋼材の表面を、それぞれ前記第一の鋼材のA面S3A及び前記第二の鋼材のA面S4Aとし、且つ、前記プレス成形品のB面の側の、前記第一の鋼材及び前記第二の鋼材の表面を、それぞれ前記第一の鋼材のB面S3B及び前記第二の鋼板のB面S4Bとしたとき、前記第一の鋼材の前記A面S3Aと前記第二の鋼材の前記A面S4Aとの段差LD2a、及び前記第一の鋼材の前記B面S3Bと前記第二の鋼材の前記B面S4Bとの段差LD2bは、下記式7を満たし、
LD2b≧1.1×LD2a・・・(式7)
前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記A面S3Aにアルミ系めっき層を有し、前記第一の鋼材の前記A面S3Aに配された前記アルミ系めっき層は、前記溶接金属と接触しており、前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bに素地露出部を有し、前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記素地露出部は、前記溶接金属と接触している。
(8)上記(7)に記載のプレス成形品では、好ましくは、前記第二の鋼材は、アルミ系めっき鋼材、亜鉛系めっき鋼材、又は非めっき鋼材である。
(9)上記(7)又は(8)に記載のプレス成形品では、好ましくは、前記第一の鋼材の厚さH1、及び前記第二の鋼材の厚さH2は、下記式8を満たす。
H2/H1≧1.5・・・(式8)
(10)上記(7)~(9)のいずれか一項に記載のプレス成形品では、好ましくは、前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bにアルミ系めっき層を有し、前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記素地露出部は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配置されている。
(11)上記(7)~(10)のいずれか一項に記載のプレス成形品では、好ましくは、前記第一の鋼材の前記A面S3Aと前記第二の鋼材の前記A面S4Aとが略同一面上にある。
h2/h1≧1.1・・・(式1)
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
前記テーラードブランクのA面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のA面S1A及び前記第二の鋼板のA面S2Aとし、且つ、前記テーラードブランクのB面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のB面S1B及び前記第二の鋼板のB面S2Bとしたとき、前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとの段差LDa、及び前記第一の鋼板の前記B面S1Bと前記第二の鋼板の前記B面S2Bとの段差LDbを、下記式3を満たすようにし、
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
前記第一の鋼板の前記A面S1Aにアルミ系めっき層を配し、前記第一の鋼板の前記A面S1Aに配された前記アルミ系めっき層を、前記溶接金属と接触させ、前記第一の鋼板の前記B面S1Bに素地露出部を設け、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部を、前記溶接金属と接触させる。
(13)上記(12)に記載のテーラードブランクの製造方法では、好ましくは、前記第一の鋼板の前記B面S1Bに前記アルミ系めっき層を配し、前記テーラードブランクの製造方法が、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの溶接予定部、及びその近傍の前記アルミ系めっき層を除去して、前記素地露出部を形成する工程をさらに備え、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部を、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配する。
(14)上記(13)に記載のテーラードブランクの製造方法では、好ましくは、前記溶接予定部の全域において前記アルミ系めっき層を除去する。
(15)上記(13)に記載のテーラードブランクの製造方法では、好ましくは、前記溶接予定部において、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの先端部に、前記アルミ系めっき層を残存させる。
(16)上記(13)~(15)のいずれか一項に記載のテーラードブランクの製造方法では、好ましくは、前記テーラードブランクの製造方法が、前記第一の鋼板の前記A面S1Aの前記溶接予定部、及びその近傍の前記アルミ系めっき層の表層を除去して、且つ前記アルミ系めっき層の金属間化合物層を残存させる工程をさらに備える。
(17)上記(13)~(16)のいずれか1項に記載のテーラードブランクの製造方法は、好ましくは、前記炭素濃度C1が前記炭素濃度C2と異なる。
まず、本発明の第一実施形態に係るテーラードブランク1について、図1等を参照しながら説明する。なお、説明の便宜のために、図1等においてはめっき層を実物よりも非常に厚く記載している。
第一実施形態に係るテーラードブランク1では、溶接金属13の平均Al濃度が規定される。平均Al濃度の測定方法は後述される。
第一の鋼板11の板厚h1及び第二の鋼板12の板厚h2は、下記式1を満たす。
h2/h1≧1.1・・・(式1)
第一の鋼板11の板厚h1及び炭素濃度C1、並びに第二の鋼板12の板厚h2及び炭素濃度C2は、下記式2を満たす。
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
板厚が異なる2枚の鋼板から形成されるテーラードブランク1では、図1等に示されるように、少なくとも一方の面に段差が形成される。第一実施形態に係るテーラードブランク1では、一方の面に形成された段差が、他方の面に形成された段差の1.1倍以上である。
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
図1等に示されるように、式3を満たすことで、テーラードブランク1のA面SA及びテーラードブランク1のB面SBの両方に段差が形成されうる。これらの段差のいずれにおいても、板厚の薄い第一の鋼板11の表面と、溶接金属13の表面との境界部である止端部131は、応力集中部となりうる。即ち、式3を満たすことで、応力集中が起きやすくなる。第一実施形態に係るテーラードブランク1では、テーラードブランク1のA面SAの側の段差LDaよりも、テーラードブランクのB面SBの側の段差LDbは大きい。従って、第一実施形態に係るテーラードブランク1の溶接部において、第一の鋼板のB面S1Bと溶接金属13の表面との境界部は、最も応力が集中しやすい領域である。
LDa≦0.125×h2・・・(式9)
第一の鋼板11は、少なくとも第一の鋼板のA面S1Aに、アルミ系めっき層14を有する。本明細書において、アルミ系めっき層14とは、めっき層全質量に対する質量%で、アルミニウムの含有量が50%以上である領域が存在すれば、アルミ系めっき層14が存在すると判定する。アルミ系めっき層14の有無は、後述する電子線マイクロアナライザによる線分析で、アルミニウムの含有量を計測して判断する。アルミ系めっき層14は、Al及び不純物からなるめっき層であってもよい。一方、アルミ系めっき層14は、Si等の合金成分を含んでいてもよい。以下、説明の便宜のため、表層142と金属間化合物層141とを区別して説明する。なお金属間化合物層は、後述する電子線マイクロアナライザによる線分析で、FexAlyまたはFexAlySizを含むか否かで判断する。具体的には、FexAlyまたはFexAlySiz(x、y、zは1以上の数を表す)で表される化合物を含む層を金属間化合物層141とし、FexAlyおよびFexAlySiz(x、y、zは1以上の数を表す)で表される化合物を含まない層を表層142として説明するが、本明細書において、アルミ系めっき層14は、金属間化合物層141を含む概念であり、金属間化合物層141は、アルミ系めっき層14の1種である。
第一の鋼板11は、第一の鋼板11のB面S1Bに、素地露出部15を有する。素地露出部15とは、アルミ系めっき層14が配されておらず、素地鋼板がめっき層の外部に露出した部分を意味する。図1に示されるテーラードブランク1の一例では、第一の鋼板11のB面S1Bにアルミ系めっき層14が配されており、且つ、アルミ系めっき層14と溶接金属13との間に素地露出部15が配されている。素地露出部15は、アルミ系めっき層14の外部に露出している。
本発明者らは、板厚が異なる2枚の鋼板から製造されるテーラードブランクにおいて、溶接金属の割れが生じやすいことを知見した。
第二の鋼板12は、非めっき鋼板であってもよい。一方、図1に例示されるように、第二の鋼板12は、亜鉛系めっき鋼板であってもよい。ここで、亜鉛系めっき鋼板とは、素地鋼板と素地鋼板上に設けられる亜鉛系めっき層とを備える鋼板をいう。亜鉛系めっき層とは、めっき層全質量に対する質量%で、亜鉛の含有量が50%以上であるめっき層をいう。また、第二の鋼板12は、第一の鋼板11と同じくアルミ系めっき鋼板であってもよい。即ち、第二の鋼板12のA面S2A及び第二の鋼板12のB面S2Bの一方又は両方に、アルミ系めっき層14、又は亜鉛系めっき層16が設けられていてもよい。図1の例は、第二の鋼板12に亜鉛系めっき層16が両面に設けられた例である。これらのめっき層によって、第二の鋼板12の耐食性が高められる。また、これらのめっき層によって、第二の鋼板12にホットスタンプすることによって生じるスケールの量を低減することができる。ここで例示されたもの以外のめっきが、第二の鋼板12の表面に設けられてもよい。
h2/h1≧1.5・・・(式4)
第一の鋼板11のB面S1Bには、めっき層が配されていなくてもよい。即ち、第一の鋼板11は、A面S1Aのみにアルミ系めっき層14が配された片面めっき鋼板であってもよい。一方、第一の鋼板11のB面S1Bにアルミ系めっき層14が配されていてもよい。この場合、第一の鋼板のB面S1Bの露出部は、第一の鋼板のB面S1Bのアルミ系めっき層14と、溶接金属13との間に配置されていてもよい。これにより、第一の鋼板のB面S1Bの耐食性が一層高められる。
図1に例示されるように、テーラードブランクのA面SAにおいて、第一の鋼板11のA面S1Aと前記第二の鋼板12のA面S2Aとが段差を形成していてもよい。一方、テーラードブランクのA面SAにおいて段差がないことが最も好ましい。即ち、第一の鋼板11のA面S1Aと第二の鋼板12のA面S2Aとが略同一面上にあることが最も好ましい。この場合、第一の鋼板11のA面S1Aに面する止端部131及び第二の鋼板12のA面S2Aに面する止端部131における応力集中をより一層抑制することができる。また、この場合、接合部の意匠性が高まる。従って、テーラードブランクのA面SAを、意匠性が求められる側(例えば部品の外側)とする場合に、第一の鋼板11のA面S1Aと第二の鋼板12のA面S2Aとが略同一面上であることが好ましい。
次に、第二実施形態に係るプレス成形品について説明する。第二実施形態に係るプレス成形品は、第一実施形態に係るテーラードブランク1をホットスタンプすることによって得られる機械部品である。第二実施形態に係るプレス成形品の特徴点の多くは、後述する鋼板の剛性の指標を除き、第一実施形態に係るテーラードブランク1の特徴点と共通する。従って、第一実施形態に係るテーラードブランク1に関して述べられた事項は、原則的に、第二実施形態に係るプレス成形品にも当てはまる。テーラードブランク1の好適な態様は、プレス成形品にも適用することができる。
第二実施形態に係るプレス成形品では、溶接金属23の平均Al濃度が0.05~1.00質量%の範囲内である。溶接金属23の平均Al濃度が上述の範囲内である場合、溶接金属23は高い耐食性を有し、かつ、破断し難い。溶接金属23の平均Al濃度は0.08質量%以上、0.10質量%以上、0.15質量%以上、又は0.30質量%以上であってもよい。溶接金属23の平均Al濃度は0.90質量%以下、0.80質量%以下、0.70質量%以下、又は0.60質量%以下であってもよい。溶接金属23の平均Al濃度の測定は、後述する溶接金属13の平均Al濃度の測定方法と同様の方法で測定することができる。
第一の鋼材21の厚さH1及び第二の鋼材22の厚さH2は、下記式5を満たす。式5を満たすことによって、設計の自由度が向上するが、応力集中が起こりやすくなる。このような場合でも、第二実施形態に係るプレス成形品では、溶接金属23のAl濃度を適切に制御し、かつ、素地露出部15を適切に設けているので、溶接金属23の破断を抑制することができる。
H2/H1≧1.1・・・(式5)
第一の鋼材21は第二の鋼材22よりも薄い。従って、第一実施形態に係るテーラードブランク1と同様に、第二実施形態に係るプレス成形品の表面(A面SA及びB面SB)のうち少なくとも一方では、第一の鋼材21の表面が第二の鋼材22の表面に対して凹んで、段差が生じる。なお、第一の鋼材21の厚さH1及び第二の鋼材22の厚さH2は、後述する第一の鋼板11の板厚h1及び第二の鋼板の板厚h2の測定方法と同様の方法で測定することができる。
第二実施形態に係るプレス成形品では、第一の鋼材21及び第二の鋼材22の炭素濃度は特に限定されない。第一の鋼材21の炭素濃度C1が、第二の鋼材22の炭素濃度C2と等しくてもよい。第一の鋼板11の炭素濃度C1が第二の鋼板12の炭素濃度C2と異なることが好ましい。好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.5倍以下である。さらに、好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.3倍以下である。特に好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.1倍以下である。好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.5倍以上である。さらに好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.7倍以上である。特に好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.9倍以上である。一方、第二実施形態に係るプレス成形品では、第一の鋼材21の厚さH1及び引張強さT1、並びに第二の鋼材22の厚さH2及び引張強さT2が、下記式6を満たす。第一の鋼材21の炭素濃度C1が、第二の鋼材22の炭素濃度C2は、後述する第一の鋼板11及び第二の鋼板12の化学成分の測定方法と同様の方法で測定することができる。
H1×T1≦H2×T2・・・(式6)
第二実施形態に係るプレス成形品において、鋼材の引張強さと厚さとの積は、鋼材の剛性の指標として用いられる。式6は、第一の鋼材21及び第二の鋼材22の剛性の関係性を規定している。式6を満たすプレス成形品において、第一の鋼材21の剛性は第二の鋼材22と略同一か、また、それよりも小さくなる。第1の鋼材21の引張強さT1と厚さH1との積は、第2の鋼材22の引張強さT2と厚さH2との積よりも小さいことが好ましい。
第一の鋼材21及び第二の鋼材22の引張強さは、JIS Z 2241:2011「金属材料引張試験方法」に準拠して評価する。
第二実施形態に係るプレス成形品では、第一実施形態に係るテーラードブランク1と同じく、一方の面に形成された段差が、他方の面に形成された段差の1.1倍以上とされる。即ち、第一の鋼材21のA面と第二の鋼材22のA面との段差LD2a、及び第一の鋼材21のB面と第二の鋼材22のB面との段差LD2bは、下記式7を満たす。式7を満たす場合、プレス成形品の溶接部において、応力集中が起こりやすくなる。段差LD2aおよび段差LD2bは、後述する第一の鋼材のA面と第二の鋼材のA面との段差LDa、及び第一の鋼材のB面と第二の鋼材のB面との段差LDbの測定方法と同様の方法で測定することができる。
LD2b≧1.1×LD2a・・・(式7)
従って、第二実施形態に係るプレス成形品では、第一実施形態に係るテーラードブランク1と同じく、上記式5から式7が満たされる限り、第一の鋼材のB面S3Bと溶接金属23の表面との境界部が、溶接部において最も応力が集中しやすい領域である。
第二実施形態に係るプレス成形品では、第一実施形態に係るテーラードブランク1と同じく、第一の鋼材21が、少なくとも第一の鋼材のA面S3Aに、アルミ系めっき層24を有する。アルミ系めっき層24は、アルミ系めっき層24の全てが金属間化合物層141となっている。そして、第一の鋼材のA面S3Aに配されたアルミ系めっき層24は、溶接金属23と接触している。
第二実施形態に係るプレス成形品では、第一実施形態に係るテーラードブランク1と同じく、第一の鋼材21が、第一の鋼材21のB面S3Bに、素地露出部15を有する。素地露出部15は、アルミ系めっき層24の外部に露出している。なお、素地露出部15には、めっき層以外の被覆は配されていてもよい。例えば素地露出部15が塗装されていてもよい。そして第一の鋼材21のB面S3Bの素地露出部15は、溶接金属23と接触している。
第二実施形態に係るプレス成形品において、最も応力が集中しやすいのは第一の鋼材のB面S3Bに面する止端部231である。そこで第二実施形態に係るプレス成形品では、第一の鋼材21のB面S3Bに設けられた素地露出部15によって、溶接金属23の破断を抑制する。素地露出部15によれば、第一の鋼材21のB面S3Bに面する止端部231において、アルミ系めっきに起因するAlの濃化を回避することができる。
第二の鋼材22は、非めっき鋼材であってもよい。一方、第二の鋼材22は、例えばアルミ系めっき鋼材、又は亜鉛系めっき鋼材であることが好ましい。即ち、第二の鋼材22のA面S4A及び第二の鋼材22のB面S2Bの一方又は両方に、アルミ系めっき層24、又は亜鉛系めっき層26が設けられていることが好ましい。これらのめっき層によって、第二の鋼材22の耐食性が高められる。また、これらのめっき層によって、第二の鋼材22にホットスタンプすることによって生じるスケールの量を低減することができる。ここで例示されたもの以外のめっきが、第二の鋼材22の表面に設けられてもよい。
H2/H1≧1.5・・・(式8)
第一の鋼材21のB面S3Bには、めっき層が配されていなくてもよい。即ち、第一の鋼材21は、第一の鋼材21のA面S3Aのみにアルミ系めっき層24が配された片面めっき鋼材であってもよい。一方、第一の鋼材21のB面S3Bにアルミ系めっき層24が配されていてもよい。この場合、第一の鋼材のB面S3Bの露出部は、第一の鋼材のB面S3Bのアルミ系めっき層24と、溶接金属23との間に配置されていてもよい。これにより、第一の鋼材のB面S3Bの耐食性が一層高められる。
プレス成形品のA面SAにおいて、第一の鋼材21のA面S3Aと第二の鋼材22のA面S4Aとが段差を形成していてもよい。一方、プレス成形品のA面SAにおいて段差がないことが最も好ましい。即ち、第一の鋼材21のA面S3Aと前記第二の鋼材22のA面S4Aとが略同一面上にあることが最も好ましい。この場合、第一の鋼材21のA面S3Aに面する止端部231及び第二の鋼材22のA面S4Aに面する止端部231における応力集中をより一層抑制することができる。また、テーラードブランクのA面SAを、意匠性が求められる側(例えば部品の外側)とする場合に、第一の鋼材21のA面S3Aと前記第二の鋼材22のA面S4Aとが略同一面上にあることが好ましい。プレス成形品のA面SAの側の段差LD2aは、0mm超であってもよい。
次に、第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法について説明する。第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法の特徴点の多くは、第一実施形態に係るテーラードブランク1の特徴点と共通する。従って、第一実施形態に係るテーラードブランク1に関して述べられた事項は、原則的に、第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法にも当てはまる。テーラードブランク1の好適な態様は、その製造方法にも適用することができる。
第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法においては、溶接金属13の平均Al濃度を、0.05~1.00質量%とする。溶接金属13の平均Al濃度が上述の範囲内である場合、溶接金属13は高い耐食性を有し、かつ、破断し難い。溶接金属13の平均Al濃度を0.08質量%以上、0.10質量%以上、0.15質量%以上、又は0.30質量%以上としてもよい。溶接金属13の平均Al濃度を0.90質量%以下、0.80質量%以下、0.70質量%以下、又は0.60質量%以下としてもよい。
(第一の鋼板11及び第二の鋼板12の炭素濃度)
第一の鋼板11及び第二の鋼板12は、その板厚及び炭素濃度が下記式1及び式2を満たすように選定する。
h2/h1≧1.1・・・(式1)
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
式1におけるh1は第一の鋼板の板厚h1であり、h2は第二の鋼板の板厚h2であり、C1は第一の鋼板11の炭素濃度であり、C2は第二の鋼板12の炭素濃度である。第一の鋼板11の炭素濃度C1は、第二の鋼板12の炭素濃度C2と等しくてもよい。第一の鋼板11の炭素濃度C1が第二の鋼板12の炭素濃度C2と異なることが好ましい。好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.5倍以下である。さらに、好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.3倍以下である。特に好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の1.1倍以下である。好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.5倍以上である。さらに好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.7倍以上である。特に好ましくは炭素濃度C1が、炭素濃度C2の0.9倍以上である。式1及び式2の技術意義及び作用効果は、第一実施形態に係るテーラードブランク1に関して述べられた通りである。
第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法では、第一の鋼板のA面と第二の鋼板のA面との段差LDa、及び第一の鋼板のB面と第二の鋼板のB面との段差LDbを、下記式3を満たすようにする。
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
第一の鋼板のB面S1Bと第二の鋼板のB面S2Bとの位置関係、及び式3の技術意義は、第一実施形態に係るテーラードブランク1に関して述べられた通りである。第一の鋼板11及び第二の鋼板12の突合せ溶接の際に、これら鋼板の位置合わせを行うことにより、式3を満たすことができる。
第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法では、アルミ系めっき鋼板を第一の鋼板11として用いる。これにより、第一の鋼板のA面S1Aにアルミ系めっき層14を配する。アルミ系めっき鋼板が片面めっき鋼板である場合は、アルミ系めっき鋼板がある面を、第一の鋼板のA面S1Aとして用いる。
第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法では、第一の鋼板のB面S1Bに素地露出部15を設ける。そして、第一の鋼板のB面S1Bの素地露出部15を、溶接金属13に接触させる。
第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法では、第一の鋼板のB面S1Bに面する止端部131を、最も応力が集中しやすい領域としている。そして、第一の鋼板のB面S1Bに面する止端部131には、アルミ系めっき層14が溶け込まないか、又は全く溶け込まない。これにより、第三実施形態に係るテーラードブランク1の製造方法によれば、破断し難い溶接金属13を得ることができる。
上述の通り、第一の鋼板11を両面めっき鋼板としてもよい。即ち、第一の鋼板のB面S1Bにアルミ系めっき層14を配してもよい。この場合、テーラードブランク1の製造方法が、第一の鋼板のB面S1Bの溶接予定部、及びその近傍のアルミ系めっき層14を除去して、素地鋼板を露出させる工程をさらに備えてもよい。アルミ系めっき層14を除去するための方法は特に限定されない。例えば切削、研削、及びレーザーアブレーション等を、アルミ系めっき層14を除去するための方法として採用することができる。第一の鋼板のB面S1Bの溶接予定部、及びその近傍に素地露出部15を形成することにより、第一の鋼板のB面S1Bの素地露出部15を、第一の鋼板のB面S1Bのアルミ系めっき層14と、溶接金属13との間に配することができる。この場合、第一の鋼板のB面S1Bの耐食性を一層高めることができる。
図4及び図5に示されるように、第一の鋼板のB面S1Bの溶接予定部の全域にわたってアルミ系めっき層14を除去してもよい。一方、図2、図3及び図7に示されるように、溶接予定部において、第一の鋼板のB面S1Bの先端部に、アルミ系めっき層14を残存させてもよい。この場合、第一の鋼板のB面S1Bの先端部のみにアルミ系めっき層14が存在するため、第一の鋼板11のB面S1Bに面する止端部131において、アルミ系めっきに起因するAlの濃化を抑制することができ、その耐食性を改善しうる。
図2、図4及び図7に示されるように、第一の鋼板11のA面S1Aのアルミ系めっき層14を除去する必要はない。一方、図3及び図5に示されるように、素地鋼板を露出させない範囲内で、第一の鋼板11のA面S1Aのアルミ系めっき層14を除去してもよい。即ち、第一の鋼板11のA面S1Aのアルミ系めっき層14の表層142のみを除去し、アルミ系めっき層14に含まれる金属間化合物層141を残存させてもよい。また、第一の鋼板11のA面S1Aでは、金属間化合物層141を露出させない範囲内で、アルミ系めっき層14の表層142を浅く除去してもよい。
次に、第四実施形態に係るプレス成形品の製造方法について説明する。第四実施形態に係るプレス成形品は、第一実施形態に係るテーラードブランク1をホットスタンプする工程を備える。ホットスタンプでは、テーラードブランク1を高温に加熱し、Ar3点以上の温度域においてテーラードブランク1をプレス成形する。また、ホットスタンプでは、プレス成形した鋼板を金型による抜熱で急速に冷却し、プレス圧が掛かった状態で成形と同時に変態を起こさせる。ホットスタンプは、高強度でかつ形状凍結性の優れたプレス成形品を製造することができる。
テーラードブランク1は、図6に示されるように、3枚以上の鋼板を有してもよい。図6に例示されるテーラードブランク1においては、1枚の第一の鋼板11の両側に、2枚の第二の鋼板12が突合せ溶接されている。片方の第二の鋼板12は亜鉛系めっき層16を有する亜鉛系めっき鋼板であり、他方の第二の鋼板12は非めっき鋼板である。また、2つの溶接部それぞれにおいて、溶接金属13の平均Al濃度、板厚、段差、アルミ系めっき層14の配置、及び素地露出部15の配置が所定範囲内とされている。
素地露出部15の幅は0mm超であればよい。第一の鋼板11のB面S1Bの耐食性を一層向上させる観点からは、素地露出部15の幅は小さいほど好ましい。しかしながら、素地露出部15の幅が狭い場合は、突合せ溶接の位置決め精度を高める必要が生じる。突合せ溶接を容易にする観点からは、素地露出部15の幅は大きいほど好ましい。例えば、突合せ溶接がレーザ溶接である場合、素地露出部15の幅を0.1mm以上、0.2mm以上、0.5mm以上としてもよく、素地露出部15の幅を3.0mm以下、1.5mm以下、0.5mm以下としてもよい。また、突合せ溶接がプラズマ溶接である場合、素地露出部15の幅を0.5mm以上、1.0mm以上、2.0mm以上としてもよく、素地露出部15の幅を6.0mm以下、4.0mm以下、2.0mm以下としてもよい。なお、素地露出部15の幅とは、溶接金属13の延在方向に垂直な方向で測定される素地露出部15の大きさのことである。
素地露出部15におけるめっき除去境界は、曲率半径Rで表される凹状の曲線で形成されることが好ましい。曲率半径Rが大きければ大きいほど、応力の負荷が加えられたときの応力集中が緩和される。そのため、曲率半径Rは、260μm以上、400μm以上、1000μm以上としてもよい。なお、曲率半径Rの上限は特に限定されず、例えば、100000μm以下でもよい。
テーラードブランク1の製造方法において、突合せ溶接のためにフィラーワイヤなどの溶加材を用いてもよい。溶加材は、溶接金属13の成分を制御するために用いることができる。また、溶加材は、溶接金属13の凹みを減らし、溶接金属13の外観を整える効果を有する。溶加材のアルミニウム濃度は、第一の鋼板11及び第二の鋼板12のアルミニウム濃度と同程度以下であることが好ましい。例えば、溶加材のアルミニウム濃度を、第一の鋼板11及び第二の鋼板12のアルミニウム濃度の平均値に対して、0.5~100%の範囲内としてもよい。
プレス成形品は、板を曲げ加工して得られる。プレス成形品の外側は、プレス成形品の使用環境に晒される等の理由で、内側よりも厳しい腐食環境におかれる可能性が高い。ここで、第一の鋼板のA面S1Aには素地露出部15が無いので、B面S1Bよりも一層高い耐食性を有する。従って、プレス成形品の外側に、第一の鋼板のA面S1Aを配置することが好ましい。これにより、プレス成形品の耐食性を一層高めることができる。
鋼板及びめっきの成分は特に限定されないが、以下に好適な一例を挙げる。
アルミ系めっき層の表層142の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、平均厚みで8μm以上であることがよく、15μm以上であることが好ましい。また、アルミ系めっき層の表層142の厚みは、例えば、平均厚みで50μm以下であることがよく、40μm以下であることが好ましく、35μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。なお、アルミ系めっき層の表層142の厚みは、第一の鋼板11の片面全体における平均厚みを表す。
溶接金属13の平均Al濃度の測定方法は以下の通りである。まず、溶接金属13の延在方向に垂直に、溶接部を切断し、樹脂に埋め込む。埋め込んだ試料の研磨を行い、電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)により、溶接金属13をマッピング分析し、アルミニウム濃度を測定する。測定条件は、加速電圧15kV、ビーム径100nm程度、照射時間1000msとする。溶接金属13の延在方向に垂直な断面において、鋼板11の板厚の半分の線を延長した線上において、溶接金属の幅の中央の点を含む300μm×300μmの範囲の全域を5μmピッチで格子状に測定する。溶接金属13のアルミニウム濃度の測定値を平均化することにより、平均アルミニウム濃度を求める。
第一の鋼板11の板厚h1及び第二の鋼板の板厚h2の測定方法は以下の通りである。まず、溶接金属13の延在方向に垂直に、溶接部を切断し、樹脂に埋め込む。埋め込んだ試料の研磨を行い、光学顕微鏡で、溶接金属13の近傍における鋼板の板厚を測定する。
第一の鋼板11及び第二の鋼板12の化学成分は、JIS G 0321:2017「鋼材の製品分析方法及びその許容変動値」に準拠して評価する。本明細書において、第一の鋼板11および第二の鋼板12の化学成分は、めっき層を除去した後に測定する。めっき層の除去の方法は特に限定されない。
第一の鋼板のA面と第二の鋼板のA面との段差LDa、及び第一の鋼板のB面と第二の鋼板のB面との段差LDbの測定方法は以下の通りである。まず、溶接金属13の延在方向に垂直に、溶接部を切断し、樹脂に埋め込む。埋め込んだ試料の研磨を行い、光学顕微鏡で、溶接金属13及びその近傍を観察する。図1に示されるように、第二の鋼板のA面S2Aに沿った直線と、第一の鋼板のA面S1Aとの第一の鋼板の板厚方向に沿った間隔を測定することにより、LDaを特定する。同様に、第二の鋼板のB面S2Bに沿った直線と、第一の鋼板11のB面S1Bとの第一の鋼板の板厚方向に沿った間隔を測定することにより、LDbを特定する。なお、第一の鋼板11及び第二の鋼板12が屈曲している場合は、溶接金属13と鋼板表面との交点において鋼板表面に接する直線を、鋼板の表面とみなして、上述の測定を行えばよい。
アルミ系めっき層14の厚さの測定方法は以下の通りである。まず、溶接金属13の延在方向に垂直に、溶接部を切断し、樹脂に埋め込む。埋め込んだ試料の研磨を行い、電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)により、第一の鋼板11の表面から内部に向けて線分析を行う。線分析における分析対象元素は、Fe及びAlとする。測定条件は、加速電圧15kV、ビーム径100nm程度、照射時間1000msとする。測定ピッチは、格子状に5μmピッチとする。
板厚1.4mmの場合:溶接幅1.6mm
板厚2.0mmの場合:溶接幅2.0mm
板厚0.8mmの場合:溶接幅1.2mm
・「Al」:アルミ系めっき層
・「GA」:亜鉛系めっき層(合金化溶融亜鉛めっき層)
・「非めっき」:めっき層なし
・「全残し」:除去なし(めっき厚み30μm)。「全残し」とされた面には、レーザ溶接後に、溶接金属に接するアルミ系めっき層が設けられることとなる。
・「一部残し」:溶接予定部の全体にわたり、めっきの表層を除去。除去されためっきの厚さは10μm(残されためっき厚み20μm)。「一部残し」とされた面には、レーザ溶接後に、溶接金属に接するアルミ系めっき層が設けられることとなる。
・「先端残し」:溶接予定部における鋼板の先端部において、めっきを一切除去せず(めっき厚み30μm、めっき残存領域の幅0.2mm)。その他の溶接予定部において、めっき層を完全に除去して、素地露出部とした。「先端残し」とされた面には、レーザ溶接後に、溶接金属に接する素地露出部が設けられることとなる。
・「全除去」:溶接予定部の全ての領域において、めっき層を完全に除去して、素地露出部とした。「全除去」とされた面には、レーザ溶接後に、溶接金属に接する素地露出部が設けられることとなる。
得られたプレス成形品から、引張強度試験用の試験片として、溶接部を持つダンベル形状の試験片を採取した。試験片は、平行部距離20mm、平行部の幅15mmとし、平行部の中央部に、長手方向に対して直交方向になるように幅方向全長にわたって、溶接線を有するように採取した。
引張試験は、クロスヘッド変位速度10mm/minの条件で、試験片が破断するまで実施した。N=10で測定し、1つでも溶接金属で破断した水準をNGとした。
得られたプレス成形品を化成処理した後、電着塗装を行い、塗装プレス成形品を作製した。化成処理は日本パーカライジング(株)製化成処理液PB-SX35Tで施した。その後、電着塗料として、日本ペイント(株)製カチオン電着塗料パワーニクス110を使用し、電着膜厚約15μmを目標としてプレス成形品に電着塗装を施した。電着塗装を施したプレス成形品を水洗した後で、170℃で20分間加熱して焼き付け、塗装プレス成形品を作製した。
11 第一の鋼板
12 第二の鋼板
13 溶接金属
131 止端部
14 アルミ系めっき層
141 金属間化合物層
142 表層
15 素地露出部
16 亜鉛系めっき層
h1 第一の鋼板の板厚
h2 第二の鋼板の板厚
SA テーラードブランクのA面
SB テーラードブランクのB面
S1A 第一の鋼板のA面
S2A 第二の鋼板のA面
LDa 第一の鋼板のA面と第二の鋼板のA面との段差
S1B 第一の鋼板のB面
S2B 第二の鋼板のB面
LDb 第一の鋼板のB面と第二の鋼板のB面との段差
Claims (18)
- 第一の鋼板と、
前記第一の鋼板と突合せ溶接された第二の鋼板と、
前記第一の鋼板の端部及び前記第二の鋼板の端部を接続する溶接金属と
を備えるテーラードブランクであって、
前記溶接金属の平均Al濃度は、0.05~1.00質量%であり、
前記第一の鋼板の板厚h1及び炭素濃度C1、並びに前記第二の鋼板の板厚h2及び炭素濃度C2は、下記式1及び式2を満たし、
h2/h1≧1.1・・・(式1)
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
前記テーラードブランクのA面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のA面S1A及び前記第二の鋼板のA面S2Aとし、且つ、前記テーラードブランクのB面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のB面S1B及び前記第二の鋼板のB面S2Bとしたとき、
前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとの段差LDa、及び前記第一の鋼板の前記B面S1Bと前記第二の鋼板の前記B面S2Bとの段差LDbは、下記式3を満たし、
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記A面S1Aにアルミ系めっき層を有し、
前記第一の鋼板の前記A面S1Aに配された前記アルミ系めっき層は、前記溶接金属と接触しており、
前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bに素地露出部を有し、
前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部は、前記溶接金属と接触しているテーラードブランク。 - 前記第二の鋼板は、アルミ系めっき鋼板、亜鉛系めっき鋼板、又は非めっき鋼板であることを特徴とする請求項1に記載のテーラードブランク。
- 前記第一の鋼板の板厚h1、及び前記第二の鋼板の板厚h2は、下記式4を満たす
h2/h1≧1.5・・・(式4)
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のテーラードブランク。 - 前記第一の鋼板は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bにアルミ系めっき層を有し、
前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部は、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配置されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のテーラードブランク。 - 前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとが略同一面上にある
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のテーラードブランク。 - 前記炭素濃度C1が前記炭素濃度C2と異なる、請求項1又は2に記載のテーラードブランク。
- 第一の鋼材と、
前記第一の鋼材と突合せ溶接された第二の鋼材と、
前記第一の鋼材の端部及び前記第二の鋼材の端部を接続する溶接金属と
を備えるプレス成形品であって、
前記溶接金属の平均Al濃度は、0.05~1.00質量%であり、
前記第一の鋼材の厚さH1及び引張強さT1、並びに前記第二の鋼材の厚さH2及び引張強さT2は、下記式5及び式6を満たし、
H2/H1≧1.1・・・(式5)
H1×T1≦H2×T2・・・(式6)
前記プレス成形品のA面の側の、前記第一の鋼材及び前記第二の鋼材の表面を、それぞれ前記第一の鋼材のA面S3A及び前記第二の鋼材のA面S4Aとし、且つ、前記プレス成形品のB面の側の、前記第一の鋼材及び前記第二の鋼材の表面を、それぞれ前記第一の鋼材のB面S3B及び前記第二の鋼材のB面S4Bとしたとき、
前記第一の鋼材の前記A面S3Aと前記第二の鋼材の前記A面S4Aとの段差LD2a、及び前記第一の鋼材の前記B面S3Bと前記第二の鋼材の前記B面S4Bとの段差LD2bは、下記式7を満たし、
LD2b≧1.1×LD2a・・・(式7)
前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記A面S3Aにアルミ系めっき層を有し、
前記第一の鋼材の前記A面S3Aに配された前記アルミ系めっき層は、前記溶接金属と接触しており、
前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bに素地露出部を有し、
前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記素地露出部は、前記溶接金属と接触しているプレス成形品。 - 前記第二の鋼材は、アルミ系めっき鋼材、亜鉛系めっき鋼材、又は非めっき鋼材であることを特徴とする請求項7に記載のプレス成形品。
- 前記第一の鋼材の板厚H1、及び前記第二の鋼材の板厚H2は、下記式8を満たす
H2/H1≧1.5・・・(式8)
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のプレス成形品。 - 前記第一の鋼材は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bにアルミ系めっき層を有し、
前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記素地露出部は、前記第一の鋼材の前記B面S3Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配置されている
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のプレス成形品。 - 前記第一の鋼材の前記A面S3Aと前記第二の鋼材の前記A面S4Aとが略同一面上にある
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のプレス成形品。 - 第一の鋼板と、第二の鋼板とを突合せ溶接して、前記第一の鋼板の端部及び前記第二の鋼板の端部を接続する溶接金属を形成する工程を備えるテーラードブランクの製造方法であって、
前記溶接金属の平均Al濃度を、0.05~1.00質量%とし、
前記第一の鋼板の板厚h1及び炭素濃度C1、並びに前記第二の鋼板の板厚h2及び炭素濃度C2を、下記式1及び式2を満たすようにし、
h2/h1≧1.1・・・(式1)
h1×C1≦h2×C2・・・(式2)
前記テーラードブランクのA面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のA面S1A及び前記第二の鋼板のA面S2Aとし、且つ、前記テーラードブランクのB面の側の、前記第一の鋼板及び前記第二の鋼板の表面を、それぞれ前記第一の鋼板のB面S1B及び前記第二の鋼板のB面S2Bとしたとき、
前記第一の鋼板の前記A面S1Aと前記第二の鋼板の前記A面S2Aとの段差LDa、及び前記第一の鋼板の前記B面S1Bと前記第二の鋼板の前記B面S2Bとの段差LDbを、下記式3を満たすようにし、
LDb≧1.1×LDa・・・(式3)
前記第一の鋼板の前記A面S1Aにアルミ系めっき層を配し、
前記第一の鋼板の前記A面S1Aに配された前記アルミ系めっき層を、前記溶接金属と接触させ、
前記第一の鋼板の前記B面S1Bに素地露出部を設け、
前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部を、前記溶接金属と接触させる
テーラードブランクの製造方法。 - 前記第一の鋼板の前記B面S1Bに前記アルミ系めっき層を配し、
前記テーラードブランクの製造方法が、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの溶接予定部、及びその近傍の前記アルミ系めっき層を除去して、前記素地露出部を形成する工程をさらに備え、
前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記素地露出部を、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの前記アルミ系めっき層と、前記溶接金属との間に配する
ことを特徴とする請求項12に記載のテーラードブランクの製造方法。 - 前記溶接予定部の全域において前記アルミ系めっき層を除去することを特徴とする請求項13に記載のテーラードブランクの製造方法。
- 前記溶接予定部において、前記第一の鋼板の前記B面S1Bの先端部に、前記アルミ系めっき層を残存させることを特徴とする請求項13に記載のテーラードブランクの製造方法。
- 前記テーラードブランクの製造方法が、前記第一の鋼板の前記A面S1Aの前記溶接予定部、及びその近傍の前記アルミ系めっき層の表層を除去して、且つ前記アルミ系めっき層の金属間化合物層を残存させる工程をさらに備える
ことを特徴とする請求項14又は15に記載のテーラードブランクの製造方法。 - 前記炭素濃度C1が前記炭素濃度C2と異なる、請求項12又は13に記載のテーラードブランクの製造方法。
- 請求項1又は2に記載のテーラードブランクをホットスタンプする工程を備えるプレス成形品の製造方法。
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