JPWO2017200006A1 - プレス成形品の製造方法及び製造ライン - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法を示すフロー図である。図2は、本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法の過程を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態の製造方法は、準備工程(ステップ#5)と、第1の加熱工程(ステップ#10)と、熱間鍛造工程(ステップ#15)と、第2の加熱工程(ステップ#20)と、ホットスタンピング工程(ステップ#25)と、を含む。第1の加熱工程は鋼板加熱工程である。第2の加熱工程は差厚鋼板加熱工程である。以下、図1及び図2を参照しながら、各工程について詳述する。
焼入れ後の強度は、主にマルテンサイト相の硬さを支配する炭素(C)の含有量によって決まる。そのため、要求される強度に応じてC含有量は決定される。1300MPa以上の引張強さを確保するためには、C含有量は0.15%以上である。より好ましくは、C含有量は0.20%を超える。一方、C含有量が高すぎれば、焼入れ後の靭性が劣化し、脆性破壊が起こる危険性が高まる。したがって、C含有量の上限は0.60%である。C含有量の好ましい上限は0.50%である。
シリコン(Si)は、オーステナイト相から低温変態相へ変態するまでの冷却過程において、炭化物の生成を抑制する。つまり、Siは、延性を劣化させることなく、場合によっては延性を向上させて、焼入れ後の強度を高める。Si含有量が低すぎれば、その効果が得られない。したがって、Si含有量は0.001%以上である。より好ましくは、Si含有量は0.05%以上である。一方、Si含有量が高すぎれば、上記の効果が飽和して経済的に不利となる上、鋼の表面性状の劣化が著しくなる。したがって、Si含有量は2.0%以下である。より好ましくは、Si含有量は1.5%以下である。
マンガン(Mn)は、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ後の強度を安定させる。しかし、Mn含有量が低すぎれば、1300MPa以上の引張強さを確保することが難しい。したがって、Mn含有量は0.5%以上である。より好ましくは、Mn含有量は1.0%以上である。Mn含有量が1.0%以上であれば、1350MPa以上の引張強さを確保することが可能となる。一方、Mn含有量が高すぎれば、バンド状のマルテンサイト組織が不均一になり、衝撃特性の劣化が顕著となる。したがって、Mn含有量は3.0%以下である。合金コスト等を考慮すれば、Mn含有量の上限は2.5%である。
リン(P)は、一般には鋼に不可避的に含有される不純物であるが、固溶強化により、強度を高める。一方、P含有量が高すぎれば、溶接性の劣化が著しくなる。また、2500MPa以上の引張強さを狙った場合に脆性破壊の危険性が高まる。したがって、P含有量は0.05%以下である。より好ましくは、P含有量は0.02%以下である。P含有量の下限は特に制限されない。上記の効果をより確実に得るには、P含有量の下限は0.003%である。
硫黄(S)は、鋼に不可避的に含有される不純物であり、MnやTiと結合して硫化物を生成して析出する。この析出物の量が増加しすぎれば、その析出物と主相の界面が破壊の起点となることがある。そのため、S含有量は低いほうが好ましい。したがって、S含有量は0.01%以下である。より好ましくは、S含有量は0.008%以下である。S含有量の下限は特に制限されない。製造コストを考慮すれば、S含有量の下限は0.0015%であり、更に好ましくは0.003%である。
アルミニウム(Al)は、鋼を脱酸して鋼材を健全化し、またTi等の炭窒化物形成元素の歩留まりを向上させる。Al含有量が低すぎれば、上記の効果を得ることが難しい。したがって、Al含有量は0.001%以上である。より好ましくは、Al含有量は0.015%以上である。一方、Al含有量が高すぎれば、溶接性の低下が著しくなり、酸化物系介在物が増加して鋼の表面性状の劣化が著しくなる。したがって、Al含有量は1.0%以下である。より好ましくは、Al含有量は0.080%以下である。本明細書において、Al含有量はsol.Al(酸可溶Al)を意味する。
窒素(N)は、鋼に不可避的に含有される不純物である。溶接性を考慮すれば、N含有量は低いほうが好ましい。一方、N含有量が高すぎれば、溶接性の低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.01%以下である。より好ましくは、N含有量は0.006%以下である。N含有量の下限は特に制限されない。製造コストを考慮すれば、N含有量の下限は0.0015%である。
ボロン(B)は、低温靭性を高める。しかし、B含有量が高すぎれば、熱間加工性が劣化して、熱間圧延が困難になる。したがって、B含有量は0.01%以下である。より好ましくは、B含有量は0.0050%以下である。B含有量の下限は特に制限されない。上記の効果をより確実に得るには、B含有量は0.0003%以上である。
Ac3=910−203×√C)−15.2×Ni+44.7×Si+104×V+31.5×Mo−30×Mn−11×Cr−20×Cu+700×P+400×Al+50×Ti …(1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。Alはsol.Alを意味する。
図3は、プレス成形品を製造するための製造ラインの一例を示す模式図である。図3を参照し、上記のプレス成形品を製造するための製造ラインは、鍛造用プレス装置21と、HS用プレス装置23と、少なくとも一つの加熱炉20と、少なくとも一つのマニピュレータ50と、を備える。実際には、製造ラインは、それらの全ての装置21、23、20及び50を制御する制御装置51を備える。
鍛造用プレス装置21は上記の熱間鍛造工程で用いられる。鍛造用プレス装置21は、高温の鋼板(ブランク)を金型21a及び21bによって繰り返し叩き、差厚鋼板に鍛造する。鍛造用プレス装置21は鍛造した差厚鋼板を冷却する水冷装置を備えることが望ましい。靭性に優れた最終製品(プレス成形品)を得るためである。
HS用プレス装置23は上記のHS工程で用いられる。HS用プレス装置23は、高温の差厚鋼板を金型23a及び23bによってプレス加工し、プレス成形品を成形する。更に、HS用プレス装置23は、冷却された金型23a及び23b、又は金型23a及び23bから噴射される冷却水によって金型23a及び23b内のプレス成形品を冷却し、焼き入れする。
図3を参照し、加熱炉20は、上記の第1の加熱工程及び第2の加熱工程で用いられる。加熱炉20は、熱間鍛造前の鋼板(ブランク)を加熱する。また、加熱炉20は、熱間鍛造により得られた差厚鋼板を加熱する。鋼板は950℃以上に加熱される。差厚鋼板はAc3変態点以上、「Ac3変態点+150℃」以下の温度に加熱される。製造ラインは、一つの加熱炉20を備え、その加熱炉20を第1及び第2の加熱工程で共用してもよい。ただし、第1の加熱工程で目標とする加熱温度と、第2の加熱工程で目標とする加熱温度が一致しないこともある。そのため、一つの加熱炉20を共用する場合、加熱炉20の内部を目標加熱温度の異なる二つ以上の区画に分けすることが望ましい。もっとも、製造ラインは、二つ以上の加熱炉20を備え、各加熱炉20を各加熱工程で専用としてもよい。製造ラインをコンパクトにするため、加熱炉20の内部は複数段の棚によって仕切られ、それぞれの棚に鋼板又は差厚鋼板が格納されることが望ましい。
鋼板(ブランク)及び差厚鋼板(以下、これらを総称して「鋼板類」ともいう)は900℃以上に加熱されるため、鋼板類を人間が直接扱うことはできない。従って、鋼板類の搬送は機械によって行われる。鋼板類は、鍛造用プレス装置21の金型間に装入されたり、取出されたりする。更に、鋼板類は、HS用プレス装置23の金型間に装入されたり、取出されたりする。そのため、鋼板類の搬送は、鋼板類を持ち上げることができるマニピュレータ50(搬送ロボット)によって行われる。
・加熱炉20から鍛造用プレス装置21までの搬送
・再加熱が必要な場合の鍛造用プレス装置21から加熱炉20までの搬送
・熱間鍛造が完了した後の鍛造用プレス装置21から加熱炉20までの搬送
・加熱炉20からHS用プレス装置23までの搬送
・HS用プレス装置23からのプレス成形品の取出
加熱炉20から取り出されたブランクの温度は次第に低下していく。このため、マニピュレータ50による搬送時間及び加熱炉20による加熱温度を管理する必要がある。また、マニピュレータ50による取り出し動作と装入動作が加熱炉20及びプレス装置21及び23と連動する必要がある。このような理由により製造ラインを構成する各装置21、23及び20は制御装置51によって制御される。
・加熱炉20からの鋼板の取出可否判定
・加熱炉20から鍛造用プレス装置21までのマニピュレータ50の動作制御
・加熱炉20内の空き領域の管理
・再加熱が必要な場合の鍛造用プレス装置21から加熱炉20までのマニピュレータ50の動作制御
・熱間鍛造が完了後した後の鍛造用プレス装置21から加熱炉20までのマニピュレータ50の動作制御
・加熱炉20からの差厚鋼板の取出可否判定
・加熱炉20からHS用プレス装置23までのマニピュレータ50の動作制御
・HS用プレス装置23からプレス成形品を取り出すマニピュレータ50の動作制御
図6A及び図6Bは、実施例の曲げ試験で用いた解析モデルを模式的に示す断面図である。図6Aは比較例の解析モデルを示し、図6Bは本発明例の解析モデルを示す。図6Aに示すように、比較例のモデルAは、全域にわたって板厚を一定の2.0mmにした。図6Bに示すように、本発明例のモデルBは、天板部2の板厚をその他の部分の板厚の半分の1.0mmにした。
図7は、実施例の試験結果をまとめた図である。図7に示す結果から以下のことが示される。
2 天板部
3 縦壁部
4 フランジ部
5 上側稜線部
6 下側稜線部
10 鋼板
20 第1の加熱炉
21 鍛造用プレス装置
21a、21b 金型
11 差厚鋼板
12 厚肉部分
13 薄肉部分
t1 厚肉部分の板厚
t2 薄肉部分の板厚
22 第2の加熱炉
23、30、40 ホットスタンピング用プレス装置
23a、23b 金型
50 マニピュレータ
51 制御装置
Claims (9)
- 鋼板を950℃以上に加熱する鋼板加熱工程と、
プレス装置を用い、前記鋼板を鍛造し、差厚鋼板を成形する熱間鍛造工程と、
前記プレス装置と異なるプレス装置を用い、前記差厚鋼板を金型によってプレス加工してプレス成形品に成形し、前記プレス成形品を前記金型内で冷却するホットスタンピング工程と、を含む、プレス成形品の製造方法。 - 請求項1に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記熱間鍛造工程の後、前記ホットスタンピング工程の前に、前記差厚鋼板をAc3変態点以上、「Ac3変態点+150℃」以下の温度に加熱する差厚鋼板加熱工程を含む、プレス成形品の製造方法。 - 請求項2に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記熱間鍛造工程の後、前記差厚鋼板加熱工程の前に、前記差厚鋼板を冷却する冷却工程を含む、プレス成形品の製造方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記差厚鋼板は厚みの厚い部分と厚みの薄い部分とを有し、前記厚みの厚い部分の板厚t1と前記厚みの薄い部分の板厚t2との比「t1/t2」が1.8を超える、プレス成形品の製造方法。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記プレス成形品の引張強さが1300MPa以上である、プレス成形品の製造方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記鋼板は、質量%で、C:0.15〜0.60%、Si:0.001〜2.0%、Mn:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001〜1.0%、N:0.01%以下及びB:0.01%以下を含有し、残部がFe及び不純物からなる、プレス成形品の製造方法。 - 請求項6に記載のプレス成形品の製造方法であって、
前記鋼板は、Feの一部に代えて、Ti、Nb、V、Cr、Mo、Cu及びNiからなる群から選択される1種又は2種以上を合計で0.03〜1.0%含有する、プレス成形品の製造方法。 - 鍛造用プレス装置と、
ホットスタンピング用プレス装置と、
少なくとも一つの加熱炉と、
少なくとも一つのマニピュレータと、を備える、プレス成形品の製造ライン。 - 請求項8に記載のプレス成形品の製造ラインであって、
前記鍛造用プレス装置、前記ホットスタンピング用プレス装置、前記加熱炉、及び前記マニピュレータを制御する制御装置を備える、プレス成形品の製造ライン。
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