JPH0739626B2

JPH0739626B2 - 打抜き用の鋼板の製造法

Info

Publication number: JPH0739626B2
Application number: JP63285153A
Authority: JP
Inventors: 敏勅使河原; 行雄松田; 章人迫田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1995-05-01
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH02133561A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、打抜き用の鋼板の製造法、さらに詳しくは打
抜き加工した鋼板の切口面におけるバリ・かえりの発生
を防止することができる鋼板の製造法に関する。

（従来の技術）たとえば冷間圧延鋼板にはその用途に応じて様々な加工
性が要求される。とりわけ自動車用鋼板には、複雑な三
次元形状を呈する車体外面を形成する必要から優れたプ
レス成形性すなわち延性（通常、El≧45％）が求められ
る。

さらに自動車用鋼板には、このプレス成形および打抜き
加工時に、切口面にいわゆるバリ・かえりが発生しない
こと、すなわち優れた打抜き性がユーザーより強く要求
されている。この優れた打抜き性が要求される理由は次
の如くである。通常の自動車車体製造工程においては、
プレス成形および打抜き加工により得たパネルをスポッ
ト溶接して車体を組立て、この後に前処理（洗浄、リン
酸亜鉛処理）およびカチオン電着塗装を施こし、車体に
防錆力を付与している。しかしパネルの端部（切口面）
にバリ・かえりが存在すると、このバリ・かえり発生部
には電着塗料が残存しないため早期に発錆してしまうこ
とになる。したがって現在までのところ、例えばシャー
ライン、ブランキングライン、トリムラインといった鋼
板切断工程において鋼板の切口面に発生するバリ・かえ
りをユーザー側でその都度かえり取り作業を行うことに
より除去しているが、このために工数が増加しコストア
ップの要因となっているとともに、全てのバリ・かえり
を除去することは量産を行っている自動車製造工程にお
いてはコスト・作業の安定性の観点から現実には不可能
であるため、かえり取り作業が不完全または不実施であ
った部位は早期に発錆し、車体防錆力の低下をもたらし
ている。

そこで従来より、かかるバリ・かえりの発生を防止する
手段が種々検討されている。慣用剪断時におけるダイ
ス、ポンチおよび被加工材料の状態を略式的に示す第８
図（ａ）を用いて、現在までに公知である代表的な手段
を説明すると、次の（ｉ）ないし（iii）がある。

（ｉ）ポンチ１、ダイス２間（または上下刃物間）のク
リアランス（第８図（ａ）中のｄ）を適正に保つ方法で
ある。すなわち、剪断加工中にポンチ１、ダイス２のそ
れぞれの切刃の先端11、21と鋼板３との接触部から発生
するクラック41、42は、ポンチ、ダイス間のクリアラン
スｄがある適当な範囲（一般的に低炭素鋼板の場合、ク
リアランス最適範囲は板厚ｔの６〜９％程度であるとい
われている）にある場合に、相手方のダイス２、ポンチ
１のそれぞれの切刃先端21、11に向かって成長し、クラ
ックが同一面上で会合し優れた分離面を呈するという性
質を利用して、バリ・かえりの発生を防止する方法であ
る。

（ii）ポンチ１、ダイス２のそれぞれの形状を工夫する
方法であり、具体的にはダイス２の逃げ角ψや、ポンチ
切刃先端部の面取り部の曲率半径Ｒを適当な範囲に選定
することによりバリ・かえりの発生を防止する方法であ
る。

（iii）被加工材である鋼板３に合金元素を添加し鋼板
の打抜き性を改善する方法であり、例えばMn、Ｓ等の添
加により、（プレス機ストローク／材料板厚）×（材料
の剪断強さ）に比例する剪断エネルギーを減少させて、
バリ・かえりの発生を防止する方法である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながらこれらの公知方法では、打抜き加工時に鋼
板の切口面におけるバリ・かえりの発生を防止すること
ができない。すなわち、（ｉ）の方法では、ポンチ１、ダイス２間のクリアラン
スｄを適正な範囲に常時保つ必要があるが、長期間にわ
たる連続的な使用により工具は徐々に摩耗するため、適
正な範囲のクリアランスを維持することが困難であり、
前記クリアランスが過大となると発生するクラックが一
致しなくなり切口面が劣化するため、バリ・かえりの発
生を防ぐことができない。

（ii）の方法では、バリ・かえりの発生の防止に若干効
果がある程度であり、さらに（ｉ）の方法と同様に、長
期間にわたる連続的な使用による工具の摩耗のため、ダ
イスの逃げ角ψ、ポンチ先端部の曲率半径Ｒの維持が困
難であるため、バリ・かえりの発生を防ぐことができな
い。

（iii）の方法では、合金元素を添加するため材料費が
アップするとともに、例えばMnをあまり多量に添加する
と材料強度が増加し自動車用鋼板として求められる打抜
き性以外の性質、例えば前述したようにプレス成形性が
悪化するといった欠点があるため、添加する元素量の選
定がむずかしい。

すなわち以上（ｉ）、（ii）および（iii）に示したい
ずれの方法によっても、打抜き加工時に鋼板の切口面に
発生するバリ・かえりを防止することはこれまで不可能
であったのである。

ここに本発明の目的は、打抜き加工の際のバリ・かえり
の発生を防止することができる鋼板の製造法を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは上記課題を解決するため種々検討を重ねた
結果、鋼板の表層部のみを、イオン窒化処理により硬化
させることにより、打抜き加工した鋼板の切口面におけ
るバリ・かえりの発生を防止することができることを知
り、本発明を完成した。

ここに本発明の要旨とするところは、圧延後にイオン窒
化処理を施すことにより、鋼板表面に窒化層からなる硬
化層を形成することを特徴とする、打抜き用の鋼板の製
造法である。

本発明の好適態様においては、前記窒化層の厚さは0.1
μｍ以上５μｍ以下である、前記の打抜き用の鋼板の製
造法である。

（作用）以下本発明を作用効果とともに詳述する。

本発明者らは、バリ・かえり高さに影響を与える因子を
特定するために次のような実験を行った。

ポンチ径:12mm、打抜き速度:7mm/minのプレス剪断型の
クリアランスを0.05、0.1、0.15および0.2mmの４水準に
変化させて、Elが15％、32％および46％の３水準の冷延
鋼板（板厚:0.8〜1.6mm）の打抜き加工を行い、かえり高さとクリアランスとの関係かえり高さと延性（El）との関係を調査した。打抜き加工の結果を第１図に示す。

第１図から、従来から知られているように「かえり高さ
はクリアランスに影響を受ける」ことを確認したが、こ
のこととともに「かえり高さは材料の延性に影響を受け
る、すなわち材料の延性が大きくなるとかえり高さも大
きくなる」ことを本実験より本発明者らは知見したので
ある。つまりバリ・かえり高さを小さくしまたはバリ・
かえりの発生を無くすためには、材料の延性を低下させ
ればよいことになる。

しかし、前述したように、自動車用鋼板にはプレス成形
性すなわち延性が要求される。

そこでこれら相反する性質を満足させ、プレス成形性を
損なわずにバリ・かえりの発生を防止するために、鋼板
の表層部のみを硬化させ延性を低下させるのである。

すなわち鋼板の表層部のみを硬化させるために、鋼板全
体としての延性は損なわれない。

硬化処理を行う時期は冷間圧延により鋼板とした後であ
ればいつでもよく特に制限を要するものではない。例え
ば冷間圧延・焼鈍を行った後に行う方法や、冷間圧延後
一度コイルに巻き取り、その後に行う方法などが例示さ
れる。

また第８図（ｂ）に慣用剪断時の、ポンチ切刃先端11と
鋼板３との接触部付近の状態を略式的に示す。

従来の表面硬化処理を行っていない鋼板の剪断において
は、ポンチ１のストローク方向にある鋼板（第８図
（ｂ）中のＡ部）は加工時の加圧によりその側面部（第
８図（ｂ）中のＢ部）に比較して強度が大きくなるため
Ａ部にはクラックは発生せず、Ｂ部から発生する。した
がってポンチ切刃先端11とクラック発生部Ｂとの間にズ
レｌを生じるとともに、このズレｌに対応する鋼板の表
面部（第８図（ｂ）中のＣ部）はポンチストローク方向
に引張応力を受けるためにポンチストローク方向に変形
（成長）し、これがかえりとなると考えられる。

ところが本発明においては、鋼板の表面硬度を高くして
鋼板表面の延性を低下させているため、ポンチ切刃先端
11から鋼板の接触部が受ける圧力が極めて高くなり従来
のクラック発生部においてクラックが発生するよりも先
に鋼板の接触部の極めて近傍からクラックが発生する
（ｌ≒０）とともに、鋼板表面の延性が低下しているた
めクラック発生後のＣ部の成長が極めて少なくなること
の相乗効果によりかえりが発生しないのである。

すなわち硬化処理を行った鋼板であれば全て打抜き加工
性に優れるという特性を得られるのであり、硬化層の厚
さまたは硬化層の硬度によりかかる特性の存否が影響さ
れるものではない。

ここで鋼板表面の硬化処理法としては、（ａ）鋼板表面層の炭素量を増加することにより硬化処
理する浸炭法（木炭粒・炭酸バリウムの混合剤中で加熱
処理する固体浸炭法、シアン化ナトリウム・食塩などの
混合塩中で加熱処理する液体浸炭法、天然ガス・石炭ガ
スなどのガス中で加熱処理するガス浸炭法）や、（ｂ）鋼板表面に窒素原子を拡散させることにより硬化
処理する窒化法（加熱雰囲気中でNH₃ガスが鋼板に接触
することにより発生した窒素原子が鋼板表面に浸入拡散
するガス窒化法、浸炭性ガス50％＋アンモニアガス50％
の雰囲気を使用して処理温度570℃で処理するガス軟窒
化法やさらには低圧にした容器の中にN₂＋H₂ガスなどを
入れ放電させてN⁺イオンを被加工物に衝突させて温度を
上げて窒化するイオン窒化法）などが挙げられる。すな
わち鋼板表層部の硬度を上昇させることができる方法で
あれば、本発明に特有な効果すなわち打抜き加工時に鋼
板の切口面に発生するバリ・かえりを防止することがで
きるという効果を奏するのである。

しかしながら浸炭法により硬化した鋼板の表面硬度は通
常400〜600（Hv）程度であるのに対し窒化法により硬化
した鋼板の表面硬度は600〜1200（Hv）に達すること、
および浸炭法の場合は処理後の熱処理が不可欠であるこ
とから、本発明における鋼板の表面硬化法としては窒化
処理法を用いることとし、そのなかでも後述する理由か
ら、特にイオン窒化法を用いる。

ところで本発明者らは、窒化層の厚さとバリ・かえり高
さとの関係を調べるため次のような実験を行った。すな
わち、表面硬度が380Hvである低炭素Alキルド鋼（Ｃ含
有量:0.04重量％）の表面にイオン窒化処理法により窒
化処理を施こし、表面硬度と窒化層厚さとの関係および
かえり高さ／板厚と表面硬度との関係を調査した。結果
を第２図および第３図に示す。第２図、第３図より窒化
層の厚さが増加すると表面硬度が増加することと、表面
硬度が増加するとかえり高さ／板厚が減少すること、す
なわち窒化層の厚さが増加するとかえり高さが減少する
ことがわかる。

さらに本発明者らは検討を続けた結果、自動車用鋼板と
してさらに望ましい範囲の窒化層の厚さが存在すること
がわかった。すなわち、窒化層の厚さが0.1μｍ未満で
ある場合には打抜き加工時にバリ・かえりが発生するこ
とがあり、かえり取り工程を完全に無くすことができな
くなるおそれがある。一方窒化層の厚さが５μｍを超え
るとバリ・かえりの発生は完全に防止できるものの鋼板
全体のプレス成形性（延性）が劣化し自動車用鋼板とし
て適当でなくなることがある。したがって、鋼板表面に
形成される窒化層の厚さは0.1μｍ以上５μｍ以下であ
ることが望ましい。

また前述した幾つかの窒化処理法にあっても特にイオン
窒化法は、ガス窒化法、ガス軟窒化法などのように500
〜600℃程度の加熱すなわち加熱炉を必要とせずに略常
温で処理することができる方法であるため、本発明にお
ける鋼板の表面硬化法として最も適している。そこでこ
のイオン窒化法について略述する。

イオン窒化法は鋼製品の表面改質技術として近年注目を
集めている技術であり、本発明において用いる場合に
も、低圧にした容器の中にN₂＋H₂ガス等を入れ、前記容
器内で放電させてN⁺イオンを鋼板表面に衝突させて温度
を上げると同時に窒化するという態様で用いることが例
示される。すなわちガス雰囲気中のN⁺、H⁺イオンは陰極
に向って移動し、鋼板の表面の直前に近接し、急激な陰
極降下部によって高速に加速され、鋼板に衝突する。イ
オンのもつ高運動エネルギーは熱エネルギーに変わり、
鋼板を加熱するだけでなく、一部は直接イオンを注入
し、一部はカソード・スパッタリングを起して、鋼板の
表面から電子および原子反発される。たたき出されたFe
原子は、原子によって生成した原子状の窒素と結合し
て、窒化鉄FeNを形成する。FeNは吸着によりFeNとして
鋼板表面上に蒸発し、高温とイオン衝撃のために、FeN
は、直ちに窒素の少ない低位のFe₂N→Fe₄Nに分解し、一
部窒素を放出し、一部は放電プラズマのガス中にもどっ
て新しいＮと結合し、窒化を促進する。このような陰極
からとび散ったFeは有力な窒素のキャリアになる。この
際、窒素ガス分圧、温度、ガス比例、時間などの条件を
変化することにより、鋼板の表面にFe_2-3N（ε相）＋Fe
₄N（γ′）あるいはγ′単相を生成させることができ
る。面心立方格子をもつ靱性のあるγ′相単相を生成さ
せることのできることがイオン窒化法の大きな特長であ
る。イオン窒化法については公知であるためこれ以上の
説明は省略する。

かかるイオン窒化処理法を用いることにより、（ｉ）処理時間は、例えばNH₃ガスを用いるガス窒化法
に比較して、大幅に短縮される。

（ii）イオン窒化条件を変化させることにより窒化層を
形成する相を選択することができ、鋼板の機械特性を変
化させることができる。

（iii）低温処理であるため、鋼板に変形が発生しな
い。

（iv）窒化処理後の加熱が不要であるため、エネルギー
費を低減できる。

という効果を得られるのである。

さらに本発明を実施例を用いて詳述するが、これは本発
明の例示であり、これにより本発明が不当に制限される
ものではない。

実施例１炭素を0.04重量％含有する低炭素Alキルド鋼より得た冷
間圧延鋼板（板厚:0.8〜1.6mm）を第１表に示す条件に
よりイオン窒化処理して、窒化層の厚さが0.05、0.1お
よび２μｍの３水準の鋼板を得た。これらの鋼板のElは
45.3％であった。

この窒化処理した鋼板に対して、ポンチ径12mmの打抜き
試験を行った。この際に、板厚に対する、ポンチ−ダイ
ス間のクリアランスの比を0.05、0.08、0.12、0.17およ
び0.21の５水準に変更して、板厚に対するかえり高さの
比を測定した。

結果を第４図に示す。ここでこれまで経験的に知られて
いる、かえり取り工程が不要となる板厚に対するかえり
高さの比は、第４図から明らかなようにイオン窒化処理により表面硬
化処理を施した鋼板のかえり高さ／板厚は、クリアラン
ス／板厚が0.20となるまで、略0.05以下であり、特に窒
化層の厚さが0.1μｍまたは２μｍである鋼板において
は、クリアランス／板厚が0.20となっても、かえり高さ
／板厚が0.05以下であり、かえり取りが完全に不要とな
ったことがわかる。

そして前述したようにこれらの鋼板のElは45.3％であり
自動車用鋼板としても優れた延性を有している鋼板であ
ることがわかる。

実施例２鋼板の引張強さと含有炭素量（重量％）との関係および
鋼板の伸びと含有炭素量（重量％）との関係は自動車用
鋼板（Ｃ＜0.05％）においては第５図、第６図に示した
関係を有している。

したがって、鋼板の性質を評価するのに一般に用いられ
ている指標（TS×El）の値は、15〜18の範囲であり、こ
れが鋼板の延性を評価する場合の許容範囲となってい
る。

本発明にかかる方法を用いて第１表に示す条件によりイ
オン窒化処理して得た、窒化層厚さが0.2、１、３、５
および７μｍである窒化処理鋼板について、（TS×El）
値に及ぼす窒化層の厚みの関係を調査した。結果を第７
図に示す。

第７図から明らかなように、本発明にかかる方法により
得た鋼板は、自動車用鋼板として優れた延性を有してい
ることがわかる。

（発明の効果）以上詳述してきたように本発明により、打抜き加工時に
鋼板の切口面に発生していたバリ・かえりの発生を防止
することが可能になった。このため（ｉ）かえり取り工程を完全に無くすことができる（ii）従来バリ・かえり取り作業の不充分な場合に発生
していた、自動車車体の早期発錆を完全に防ぐことがで
き、自動車車体の防錆品質を安定的に確保できるという効果が得られた。

かかる効果を有する本発明の実用上の意義は極めて著し
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、（かえり高さ／板厚）と（クリアランス／板
厚）との関係を表わすグラフ；第２図は、表面硬度と窒化層厚さとの関係を表わすグラ
フ；第３図は、（かえり高さ／板厚）と表面硬度との関係を
表わすグラフ；第４図は、本発明の実施例における、（かえり高さ／板
厚）と（クリアランス／板厚）との関係を表わすグラ
フ；第５図は、鋼板の、引張強さと炭素含有量との関係を表
わすグラフ；第６図は、鋼板の、伸びと炭素含有量との関係を表わす
グラフ；第７図は、鋼板の、（TS×El）値と窒化層の厚さとの関
係を表わすグラフ；第８図（ａ）は、慣用剪断時におけるダイス、ポンチお
よび被加工材料の状態を示す略式説明図；および第８図（ｂ）は、慣用剪断時における、ポンチ切刃先端
と被加工材料の状態を示す略式説明図である。 1:ポンチ、2:ダイス 11:ポンチ切刃先端、21:ダイス切刃先端 3:鋼板、41,42:クラック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧延後にイオン窒化処理を施すことによ
り、鋼板表面に窒化層からなる硬化層を形成することを
特徴とする、打抜き用の鋼板の製造法。
【請求項２】前記窒化層の厚さは0.1μｍ以上５μｍ以
下である、請求項（１）記載の打抜き用の鋼板の製造
法。