JPH07268484A - 形状凍結性に優れた高強度高延性薄鋼板とその成形法 - Google Patents

形状凍結性に優れた高強度高延性薄鋼板とその成形法

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JPH07268484A
JPH07268484A JP6525894A JP6525894A JPH07268484A JP H07268484 A JPH07268484 A JP H07268484A JP 6525894 A JP6525894 A JP 6525894A JP 6525894 A JP6525894 A JP 6525894A JP H07268484 A JPH07268484 A JP H07268484A
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JP
Japan
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steel sheet
strength
ductility
punch
bending
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Withdrawn
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JP6525894A
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English (en)
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Takamasa Suzuki
隆昌 鈴木
Shunji Hiwatari
俊二 樋渡
Atsushi Itami
淳 伊丹
Yoshio Ishii
良男 石井
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は自動車用の内板および強度部材に用
いられる、引張強さが440MPa以上の高強度鋼板の
曲げを伴う加工において、プレス工程を増やすことな
く、板反り等のスプリングバックを小さい範囲に制御す
る方法を提供する。 【構成】 高強度鋼板の曲げ成形方法において、軟質で
高延性の樹脂シートを被加工鋼板の片面または両面に1
枚または複数枚重ね、クリアランスを適切な寸法に設定
することにより、引張強さが440MPa以上の高強度
鋼板の板反り等のスプリングバックを軽減することがで
きる成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、おもに自動車の内板や
メンバー類などに用いられる高強度薄鋼板の曲げ加工後
の形状凍結性不良防止を目的とする形状凍結性に優れた
高強度高延性薄鋼板とその成形性に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車用の内板および強度部材には、3
40MPa〜390MPa級の高張力鋼板が用いられて
きたが、近年の米国のCAFE規制や環境保護の問題か
ら低燃費化のため、強度を490MPa以上にして板厚
を減少させる、軽量化への取り組みがなされてきた。し
かしながら、通常の成形では、490MPaを越える高
強度鋼板の適用は、延性不足による成形不良などの成形
可能範囲をせばめるだけでなく、スプリングバックによ
る寸法精度不良等の不具合が発生する。特にメンバー類
のような、ハット型断面形状の部品を図1のようなU字
曲げ工具を用いて成形する際には、図2に示すような板
反りと呼ばれる形状凍結不良が発生する。そのため、実
部品への適用には、手直しが必要となり、コストや生産
効率の点で大きな欠点となる。
【0003】スプリングバックは、曲げ加工時に生ずる
残留応力の板厚方向への分布が原因であり、反りの場合
はダイス肩での曲げ・曲げ戻し変形に起因する残留応力
によるスプリングバックに加え、パンチとダイスのクリ
アランス内での被加工材の蛇行が影響する複雑な現象で
ある。この問題を解決するために特開昭56−1178
31号公報では反りの発生機構の詳細な研究からダイス
肩での曲げ半径とパンチとダイスのクリアランスをある
特定範囲に設定し、ダイス肩部での曲げ・曲げ戻し時の
逆曲げを制御して残留モーメントを打ち消すことで反り
を防止する方法を提唱している。しかし、この場合、最
適な逆曲げの大きさは材料の板厚や機械的性質にも強く
依存することは容易に想像できる。実際、引張強さ49
0MPa以上の高強度鋼板ではこの発明の範囲内であっ
ても十分な効果が得られないことがあり問題である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高強度鋼板の
曲げ成形において、プレス工程を増やすことなく、板反
りのようなスプリングバックを小さい範囲に制御する方
法に関するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)質量割合で C:0.05%〜0.20% Si:0.5%〜2.5% Mn:0.5%〜3.0% S≦0.005% 必要に応じて、Caを0.0002%〜0.0050%
含有させ、残部実質上Feからなる鋼帯を連続焼鈍する
に際して、Ac1 変態点以上Ac3 変態点以下の温度範
囲において10秒以上保持し、600℃から480℃の
範囲を20℃/s以上の冷却速度で冷却し、その後35
0℃〜480℃の温度範囲にて60秒以上保持すること
により得られる、引張特性が490N/mm2 以上で強
度延性特性の優れた高強度薄鋼板。 (2)(1)記載の薄鋼板を被加工鋼板とした曲げを伴
う成形で、パンチ側片面もしくはパンチ側およびダイス
側の両面に十分軟質で高延性の樹脂シートを1枚または
複数枚重ね、パンチとダイスのクリアランスを潤滑シー
トの厚さの合計に被加工鋼板の厚さの80%〜95%を
加えた値に設定することを特徴とする形状凍結性に優れ
た高強度高延性薄鋼板の曲げ成形方法にある。
【0006】
【作用】以下にこの発明を詳細に説明する。パンチとダ
イスのクリアランスは、被加工鋼板より小さいため、被
加工鋼板はクリアランス内でのしごきにより板厚方向に
圧縮変形を受ける。板厚方向への圧縮はダイス肩部での
曲げにより生じた板厚方向の残留応力を軽減し、スプリ
ングバックや板反りを小さくすることができる。その際
の圧縮変形は、大きいほど効果的ではあるが、製品とし
ての厚みや、プレス加工設備の能力負荷の問題から、ク
リアランスを樹脂シートの厚さの合計に被加工鋼板の厚
さの80〜95%を加えた範囲に定めた。80%未満で
は加工後の製品の側壁部の板厚が小さすぎるため、製品
として必要な剛性や強度が不足することが懸念される。
95%超では軟質シートに変形が集中して被加工鋼板に
十分な圧縮塑性変形を与えられない。
【0007】このとき、被加工鋼板に潤滑シートを重ね
ていない場合、被加工材表面と工具表面の間に摩擦力が
働く。この摩擦力はパンチ側では圧縮に、ダイス側では
引張に働くため板厚方向に新たな残留応力分布を生じさ
せてしまう。そこで、被加工材には摩擦力を十分緩和す
るために軟質樹脂シートを重ねる必要がある。軟質樹脂
シートは、パンチ側の面のみに重ねても良いが、両面に
使用した方が板厚方向の応力分布を均一化させるのに効
果的である。また、鋼板には、しごきが加わることによ
る破断等の成形不良を避けるために、高強度でかつ高延
性の鋼板を用いる必要がある。
【0008】被加工鋼板に重ねる樹脂シートは被加工材
に比べて十分軟質でなければならない。これは次の2つ
の理由による。1つは被加工材と工具の間に作用する摩
擦力を樹脂シートのしごき加工により緩和することであ
り、たとえ、工具と樹脂シート、および被加工材と樹脂
シートの間の摩擦力が大きくても、樹脂シートが容易に
変形してしまえば樹脂シートの変形抵抗以上の力は伝達
されないことになる。もう1つはクリアランス内での変
形時に軟質な樹脂シートが板厚方向に圧縮され、板面の
引張方向に沿って延ばされることで、被加工材が引張の
力を受けることである。つまり、圧縮変形により被加工
材表面に引張の力を伝達するため被加工材そのものの圧
縮による展伸を促進する効果がある。このような樹脂シ
ートの素材としては、例えばテフロン(登録商標)など
のふっ素樹脂や、ポリエチレンなどの有機系樹脂が挙げ
られる。樹脂シートの厚さに関しては、素材との変形抵
抗比やクリアランスに比べさほど影響を受けることなく
効果を得ることができるため特に規定しないがコストや
取扱の点から0.05〜0.2mm程度のものが好まし
い。
【0009】素材の成分値限定理由について以下に述べ
る。 C:Cは残留オーステナイト相生成のために重要な元素
で、0.05%未満では十分な量の残留オーステナイト
を得ることができずそのため良好な加工性を発揮するこ
とができない。この意味からC量は高い方が良いが、目
標とする490N/mm2 を超える強度特性を得る範囲
としてはその上限は0.20%である。好ましくは、
0.08〜0.12%の範囲とすべきである。
【0010】Si:Siは、400℃付近のオーステン
バー処理にてオーステナイトを残留させるために重要な
元素である。これは、この温度付近での変態時に粗大な
セメンタイトの析出を伴う変態を抑え、オーステナイト
を安定化させる効果がSiにあるためと考えられる。こ
のようなSiの作用は、本発明にあっては0.5%以下
では発揮されず、一方2.5%を超えるとその効果が飽
和し、経済性を損なうだけとなる。好ましくは、0.8
〜1.8%の範囲にすべきである。
【0011】Mn:Mnは、ある程度の焼き入れ性を付
与させるために添加する必要があり、これはMnにベイ
ナイトの変態を遅らせる効果とオーステナイトのマルテ
ンサイト変態開始温度を低くする効果があることから発
揮される効果と考えられる。本発明鋼においては、これ
らを有効的に発揮させるためにMnの含有範囲を規定す
る。0.5%未満であると十分なオーステナイトを確保
することができず、3.0%を超えると低温変態生成物
がいたずらに多くなり強度が高くなるだけである。より
好ましくは、0.8〜1.8%とするべきである。 S:Sは、本発明鋼においては伸びフランジ成形性を劣
化させる元素であるため徹底的に下げる必要がある。そ
のために0.005%以下にする。さらに、必要に応じ
てCaを0.0002〜0.0050%含有させるとそ
の効果がより明瞭に発揮される。
【0012】連続焼鈍においては、まずAc1 変態点以
上Ac3 変態点以下の温度範囲において10秒以上保持
する必要がある。これは、この焼鈍過程においてフェラ
イト/オーステナイト二相の状態にする必要があるため
である。Ac3 変態点以上であると焼鈍中全オーステナ
イト状態となりそのオーステナイトが粗大化するために
最終的にオーステナイトを残留させることが困難となり
所望の特性を得ることができない。また、Ac1 変態点
以下の焼鈍ではオーステナイトが得られない。
【0013】その後、600〜480℃の温度範囲を2
0℃/s以上の冷却速度で冷却する必要がある。これ
は、この温度域の急冷によりパーライトの変態を防止す
るとともにその後のオーステンバーを行なうための前段
階の処理として重要な要件である。この冷却速度未満で
あるとオーステナイトがいたずらに炭化物の析出を伴う
変態をおこしてしまい所望の強度延性特性が得られな
い。上限の冷却速度は特に規定しないが、温度制御性を
考慮すると200℃/s程度までかと考えられる。好ま
しくは、50〜120℃/sの冷却速度とすべきであ
る。
【0014】その後350℃〜480℃の温度範囲にて
60秒以上保持する必要がある。これは、最適なオース
テンバー処理を行なうことにより最終製品の段階でオー
ステナイトを残留させるために必要な条件である。35
0℃未満の温度まで冷却されてしまうとマルテンサイト
の生成によりオーステナイトが消費されてしまい最終製
品のオーステナイトが確保されないばかりか硬質化して
しまい、所望の特性が得られなくなる。また、480℃
を超えると余分な炭化物生成によりCが消費されてしま
い、これも所望とする特性が得られない。好ましくは、
380〜450℃の範囲とすべきである。さらに、該温
度範囲で60秒以上保持する必要がある。これは、ベイ
ナイト変態の利用によるオーステンバー処理そのものを
行なうために必要な条件であり、この時間未満であると
延性にとって最適なオーステナイトを得ることができな
い。好ましくは250〜600秒の範囲とすべきであ
る。これより長い時間を採用することはいたずらにベイ
ナイト変態を進行させオーステナイト量を確保すること
ができない。
【0015】本発明方法による製品は、残留オーステナ
イト量が5〜25%とフェライトが70%以上が存在し
残部低温変態生成物からなる。なお、本発明は熱延にお
いて冷片を加熱炉に挿入してもよいし、熱片をそのまま
圧延してもよい。仕上圧延温度は、好ましくはAr3
態点以上で行なうべきであろう。仕上圧延後の冷却は、
ラミナーやスプレーいずれの水冷またはそれにかわる冷
却媒体を用いても本発明の効力は失わない。熱延後の酸
洗は硫酸によってもよいし塩酸でもよい。その後の冷延
はタンデム、リバースいずれでもよい。冷延率も工業的
に製造できる範囲で製造すればよいが、好ましくは50
%以上であろう。連続焼鈍後の調質圧延は、形状が悪け
ればそれを矯正する程度でよく、レベラーなどを用いて
もよい。
【0016】
【実施例】以下に本発明を具体的に説明する。図1に示
すような工具を用い、400mm角の正方形の鋼板をハ
ット型にプレス成形した。このとき用いた材料の特性値
とクリアランス、潤滑条件を表1に示す。また、用いた
本発明の高強度鋼板の化学成分を表2に示す。板押え圧
は、従来鋼板に対しては200kN、高強度鋼板に対し
ては600kNで成形を行った。符号1はパンチ、2は
ブランクホルダー、3はダイス、4は被加工鋼板、5は
クリアランス、6は潤滑油または樹脂シートである。板
反りは、図2に示す成形深さが70mmのときの縦壁部
の板反り量で評価した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】図3に各試験条件での板反り量を示す。試
験条件AおよびBは、従来の方法で成形した例である
が、軟鋼板を用いている試験条件Aでは板反り量は小さ
く、そのまま製品として使用できるが本発明の高強度鋼
板を用いた試験条件Bでは、板反りが大きい。このよう
な形状凍結不良は、材料の強度が大きいほど大きくな
る。しかし、本発明によれば試験条件F、Gに見られる
ように現状用いられている軟鋼板と同じレベルまで板反
りを小さくすることができる。
【0020】実験条件Cでは、本発明の高強度鋼板を用
いて、クリアランスを本発明内にした場合である。しご
きによる塑性変形が加わるために残留応力が軽減され、
試験条件Bに比べ板反り量は小さくなるが、樹脂シート
を用いていないため、摩擦力が発生しパンチ側壁からの
圧縮力とダイスの壁部からの引張力のために依然として
大きな板反り量を示している。実験条件Dは、従来の高
強度鋼板を本発明の成形条件で成形した場合であるが鋼
板の延性不足のために成形途中で破断してしまった。実
験条件Eでは、クリアランスが大きいためにしごきによ
る塑性変形が加わらず依然大きな板反り量を示す。以上
の例からも本発明の高強度鋼板と成形法を用いることに
より、板反りが従来の軟鋼板と同等レベルまで低減され
ることがわかる。
【0021】
【発明の効果】本発明による高強度鋼板と樹脂シートを
用い、クリアランスを適切な寸法に設定することによ
り、プレス工程を増やすことなく、高強度鋼板の板反り
を軽減することができる。これにより、自動車部品の内
板およびメンバー類に高強度鋼板の適用が可能となり軽
量化が実現できる。また、曲げ成形部品に高強度鋼板を
適用することを容易にし、これらの用途拡大に極めて有
効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ハット型成形の模式図、
【図2】ハット型成形モデルと板反り現象を示す図、
【図3】各試験条件による板反り量を示す図である。
【符号の説明】
1 パンチ 2 ブランクホルダー 3 ダイス 4 被加工鋼板 5 クリアランス 6 潤滑油または樹脂シート
フロントページの続き (72)発明者 石井 良男 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量割合で C:0.05%〜0.20% Si:0.5%〜2.5% Mn:0.5%〜3.0% S≦0.005% 必要に応じて、Caを0.0002%〜0.0050%
    含有させ、残部実質上Feからなる鋼帯を連続焼鈍する
    に際して、Ac1 変態点以上Ac3 変態点以下の温度範
    囲において10秒以上保持し、600℃から480℃の
    範囲を20℃/s以上の冷却速度で冷却し、その後35
    0℃〜480℃の温度範囲にて60秒以上保持すること
    により得られる、引張特性が490N/mm2 以上で強
    度延性特性の優れた高強度薄鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄鋼板を被加工鋼板とし
    た曲げを伴う成形で、パンチ側片面もしくはパンチ側お
    よびダイス側の両面に十分軟質で高延性の樹脂シートを
    1枚または複数枚重ね、パンチとダイスのクリアランス
    を潤滑シートの厚さの合計に被加工鋼板の厚さの80%
    〜95%を加えた値に設定することを特徴とする形状凍
    結性に優れた高強度高延性薄鋼板の曲げ成形方法。
JP6525894A 1994-04-01 1994-04-01 形状凍結性に優れた高強度高延性薄鋼板とその成形法 Withdrawn JPH07268484A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002361324A (ja) * 2001-06-08 2002-12-17 Mitsubishi Motors Corp 曲げ成形方法およびその成形方法で成形される曲げ成形品
JP2007144469A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Canon Chemicals Inc 複合金属板の曲げ加工方法
KR20170077868A (ko) * 2015-12-23 2017-07-07 주식회사 포스코 항복비가 우수한 린 듀플렉스 스테인리스강

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007144469A (ja) * 2005-11-29 2007-06-14 Canon Chemicals Inc 複合金属板の曲げ加工方法
KR20170077868A (ko) * 2015-12-23 2017-07-07 주식회사 포스코 항복비가 우수한 린 듀플렉스 스테인리스강

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