WO2005113842A1 - 熱間絞り成形品の製造方法 - Google Patents

熱間絞り成形品の製造方法 Download PDF

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WO2005113842A1
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blank
oxide scale
thickness
molding
hot
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tatsuya Asai
Jiro Iwaya
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0478—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing involving a particular surface treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets

Definitions

  • the present invention relates to a field of manufacturing a thin steel sheet molded product mainly applied to an automobile body, and to hot-draw by heating a steel sheet (blank) as a material thereof to a temperature higher than a ferrite + austenite temperature (Acl transformation point).
  • the present invention relates to a method for producing a molded article by molding, and particularly to a method for producing a molded article capable of achieving good deep drawing without causing breakage or cracking during press molding.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-102980 proposes a technique in which a metal material is heated to 850 to 1050 ° C and formed using a relatively low-temperature press die. ing. According to this technology, it is said that the formability of the metal material is improved and delayed fracture due to residual stress can be prevented. In particular, it is possible to obtain parts with high tensile strength, which was considered difficult to form using ordinary cold pressing methods, equivalent to that of high-strength steel sheets of 1470 MPa class, and good dimensional accuracy. Become.
  • Fig. 1 is a schematic explanatory view showing a mold configuration for performing the hot forming (hereinafter, sometimes referred to as "hot stamping") as described above.
  • Indicates die 3 indicates blank holder (wrinkle holder), 4 indicates steel plate (material), BHF indicates wrinkle holder force, rp indicates punch shoulder radius, rd indicates die shoulder radius, and CL indicates punch / die clearance.
  • the passages la and 2a through which the cooling medium for example, water
  • the cooling medium for example, water
  • the hot stamp as described above is actually applied to the molding of parts having a relatively simple shape and not requiring wrinkle control.
  • the above-mentioned problem occurs when the temperature is significantly reduced in the portion corresponding to the flange, so that its application has been limited (for example, Door impact beams, etc.).
  • the oxide scale formed on the blank surface is preferably as thin as possible.
  • the thickness of the oxide scale is controlled to be thin by setting the heating rate to 50 ° C./sec or more, and the subsequent chemical conversion treatment is improved. It is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-231915 discloses a technique to reduce the scale thickness of the steel sheet surface before press forming to 10 ⁇ m or less from the viewpoint of improving the hardenability of a low carbon steel blank. Has also been proposed.
  • Patent document 1 JP 2002-102980 A
  • Patent Document 2 JP-A-2002-18531
  • Patent Document 3 JP 2003-231915 A
  • the present invention has been made under such a circumstance, and an object of the present invention is to provide a good deep drawing method without causing breakage or cracking at the time of forming a metal plate by hot drawing. It is an object of the present invention to provide a method for producing a hot drawn product that can realize the above.
  • the method for producing a hot drawn product of the present invention which has achieved the above object comprises the following steps: forming an oxide scale having a thickness of 15 / m or more on both surfaces of a metal plate; and The metal plate on which the oxide scale is formed is hot drawn using a punch and a die.
  • the thickness of the oxide scale means an average thickness of one metal plate. It is more preferable that the thickness of the oxide scale is 50 ⁇ or more.
  • the thickness of the oxide scale is defined by a value measured in a state where a target metal plate is heated in a heating furnace and then cooled to room temperature by natural cooling.
  • the method of the present invention can be suitably applied to forming of a steel sheet. In this case, it is preferable to heat the steel sheet to 800 ° C. or more in the step of forming the oxide scale. Preferably, the step of hot drawing is performed at a temperature higher than the martensitic transformation start temperature of the steel sheet.
  • the surface of the metal plate is By using a material on which an oxide scale is formed, it is possible to produce a molded product that can achieve good deep drawing without causing breakage or cracking during molding.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a configuration of a mold for performing hot forming.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external shape of a molded product that can be molded.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the oxide scale thickness of a blank and the maximum forming load.
  • FIG. 4 is a graph showing a cross-sectional hardness distribution in a portion corresponding to a punch of a molded product.
  • the present inventors have studied from various angles the causes of the above-mentioned inconveniences in the prior art. As a result, the following was found.
  • the blank (steel) is heated in a non-oxidizing atmosphere under a force S, and the oxide scale thickness of the blank during forming is in a very thin state (about 10 ⁇ m or less). If holding down is required, the temperature of the flange-equivalent portion will decrease significantly. As a result, it was thought that the inflow resistance of the part corresponding to the flange increased, and it became difficult to perform deep drawing while suppressing the occurrence of wrinkles in the part corresponding to the flange.
  • the present inventors have further studied under the idea that good formability can be realized by eliminating such inconveniences.
  • the thickness of the oxide scale on the blank surface is intentionally increased, and an oxide scale film is interposed between the die and the flange, which is sandwiched between the blank holder. It was found that it was possible to have both.
  • a temperature drop during molding at a portion corresponding to the flange is suppressed (insulation effect), and at the same time, it functions as a solid lubricant, and the breaking limit at the punch shoulder is reduced. They have found that they can be improved and completed the present invention.
  • the thickness of the oxide scale is required. Must be at least 15 / im.
  • the thickness of the oxide scale is preferably set to 50 zm or more. However, if the thickness is too large, the thickness of the product becomes thin due to descaling after molding. Therefore, it is preferable to keep the thickness within an allowable range ( For example, about 100 zm or less).
  • the heating temperature may be 950 ° C in air and the heating time may be 5 minutes or more.
  • the mechanism by which the blank can easily flow into the mold can be inferred as follows.
  • a blank having an oxide scale on the surface comes into contact with the mold (particularly a part of the steel sheet sandwiched between the die 2 and the blank holder 3 in Fig. 1)
  • the surface temperature drops sharply and the thermal shock
  • the oxide scale destructively peels off.
  • the oxide scale is destructively peeled off by the stress generated by the difference in the expansion coefficient between the oxide scale and steel.
  • the peeled scale serves as a solid lubricant.
  • a normal steel sheet for example, a 980 MPa class cold-rolled steel sheet, a steel sheet for strengthening hardening, etc.
  • the surface thereof is subjected to plating treatment [Zn Plating (Zn plating, Zn_Ni plating, etc.), Ni plating, Co plating, etc.].
  • the oxide scale formed on the surface thereof is preferably mainly composed of iron oxide, but when a plated steel sheet is used, the elements constituting the oxide scale plating layer are preferably Oxide as the main component is acceptable. Even when oxide scale is formed on the surface of such a plating layer, the thickness of the oxide scale Is effective if it is 15 ⁇ m or more (preferably 50 ⁇ m or more).
  • the atmosphere at the time of heating the blank may be an oxidizing atmosphere (for example, in the air).
  • the thickness of the oxide scale can be controlled by adjusting the holding time in the atmosphere.
  • the blank heating temperature before molding is preferably at least the Ac 1 transformation point (the temperature at which two phases of ferrite and austenite exist) when strength is required after molding.
  • the heating time required to reach the specified thickness of the scale is within the practical range. It is desirable to adjust as follows. Specifically, heating at about 600 ° C takes a long time to achieve a scale thickness of 15 ⁇ m or more, so it is desirable to heat the material to at least the two-phase region (above the Acl transformation point). It is more preferable to heat to 800 ° C or more.
  • the blank temperature at the start of molding is based on the martensitic transformation start temperature (Ms point: 450 ° C, for example) of the material. It is also preferable to set the temperature higher. If the molding start temperature is lower than the Ms point, martensite is generated and the material strength increases, which may make molding difficult.
  • Ms point 450 ° C, for example
  • the present invention by forming an oxide scale on the blank surface, good hot formability can be ensured.
  • the force scale is thickened, the heat insulating effect of the scale is more exerted.
  • the blank temperature decreases.
  • the area of contact with the punch is responsible for the force that flows the blank into the mold.
  • the strength of the (corresponding part) remains soft. For this reason, the strength of the punch-equivalent portion may be lower than the deformation resistance of the flange-equivalent portion, which may result in good molding.
  • a cooling method prior to the molding air is partially blown, or the punch is divided and the punch at a specific part is blown before the molding. For example, a method such as contacting with a hook may be considered.
  • the term "hot” refers to a temperature region equal to or higher than the Acl transformation point of a material, since it is necessary to perform quenching by quenching with a mold after forming in hot forming. become.
  • the lower limit of the thickness of the oxide scale is defined by a value measured in a state where the blank is heated in a heating furnace and then naturally cooled to room temperature. This is for the following reasons.
  • the thickness of the oxide scale at the moment of press forming is essentially a problem.
  • the invention is defined based on the thickness of the oxide scale measured when the blank is at room temperature by natural cooling, as a value corresponding to the thickness of the oxide scale at the moment of press forming.
  • the thickness of the oxide scale at the moment of press forming and the thickness of the oxide scale measured at room temperature by natural cooling are not exactly located.
  • the blank heated in the heating furnace is transported to the press machine (working place) in a state where it is naturally cooled and cooled to the hot working temperature.
  • the scale thickness after cooling is considered to have a corresponding relationship with the oxide scale thickness at the moment of processing. That is, there is no need to consider uncertain factors such as scale peeling due to rapid cooling.
  • the lower limit of the thickness of the oxide scale in the present invention is not affected by the thickness of the metal plate to be processed.
  • the heating time is 3 to 5 minutes (of which the time maintained at 900 ° C is about several tens of seconds), and the oxide scale thickness at that time is about 11 ⁇ m.
  • various oxide scale thicknesses were realized by appropriately employing a heating time longer than the normal heating time.
  • a heating time of 15 minutes (of which the time maintained at 900 ° C was about 10 minutes) was required to obtain an oxide scale thickness of 50 xm.
  • the thickness of the oxide scale at this time is obtained by measuring the cross-sectional thickness when the blank is taken out of the heating furnace and left to cool as it is.
  • the thickness of the oxide scale was measured by cutting out a part of the part corresponding to the position between the die 2 and the blank holder 3 at the time of molding, and measuring the maximum at three places (one side only) in a 400-fold microscope field of view. The thickness was measured and averaged.
  • the chemical composition and the mechanical properties of the steel sheet are as follows.
  • the Acl transformation point of this steel sheet is 725 ° C, and the Ac3 transformation point is 850 ° C.
  • the wrinkle holding force was 3 tons, and a paste-like solid lubricant with a heat-resistant temperature of 1000 ° C was used as a lubricant and applied to the mold.
  • a mechanical press was used, and molding was performed immediately after removing the blank from the heating furnace. That is, in the present embodiment, the heating originally required for performing the hot working is appropriately lengthened in order to make the oxide scale thicker.
  • the molding speed at this time was 40 cycles Z minutes, the mold was stopped at the bottom dead center for 20 seconds, and a quenching operation was performed.
  • Other press molding conditions are as follows.
  • Punch shoulder radius rp 5mm
  • Punch-die clearance CL [1. 32/2 + 1.4 (steel plate thickness)] mm
  • FIG. 2 schematically shows the appearance of the molded article that could be molded.
  • the molding start temperature in this test was determined by heating a blank with a thermocouple having the same plate thickness in the same manner as during molding and measuring the natural cooling curve in advance, and determining the heating temperature during actual molding. It was estimated based on the curve from the time taken to take out of the furnace and start molding.

Abstract

　パンチおよびダイを用いて金属板を熱間で絞り成形するに当たり、表面に厚さ１５μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上の酸化スケールが存在する金属板を用いて成形する。この成形方法により、金属板を熱間で深絞り成形するに際して、成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞りが実現できる。

Description

明 細 書
熱間絞り成形品の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、主に自動車車体に適用される薄鋼板成形品を製造する分野において、 その素材なる鋼板 (ブランク)をフェライト +オーステナイト温度 (Acl変態点）以上に加 熱して熱間絞り成形によって成形品を製造する方法に関するものであり、殊にプレス 成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞りが実現できる成形品の製造 方法に関するものである。
背景技術
[0002] 自動車用部品では、衝突安全性や軽量化の両立を達成するために、部品素材の 高強度化が進められている。またこうした部品は、鋼板をプレス成形して製造するの が一般的である。し力しながら、高強度化された鋼板に対して冷間加工を施す場合、 特に 980MPaを超える素材の成形は困難なものとなる。
[0003] こうしたことから、素材鋼板を加熱した状態で成形加工する熱間成形技術の検討が 進められている。こうした技術としては、例えば特開 2002-102980号公報には、金 属素材を 850〜： 1050°Cに加熱した状態で、相対的に低温のプレス金型を用いて成 形する技術が提案されている。この技術によれば、金属材料の成形性がより良好に なり、残留応力による遅れ破壊の発生も防止できると言われている。特に、通常の冷 間プレス方法では成形が困難とされていた引張強度が 1470MPa級の高強度鋼板 を素材にした場合に相当する強度を有し、寸法精度も良好な部品を得ることが可能と なる。
[0004] 図 1は、上記のような熱間成形（以下、「ホットスタンプ」と呼ぶことがある）を実施する ための金型構成を示す概略説明図であり、図中 1はパンチ、 2はダイ、 3はブランクホ ルダー（しわ押え）、 4は鋼板（素材）、 BHFはしわ押え力、 rpはパンチ肩半径、 rdは ダイ肩半径、 CLはパンチ/ダイ間クリアランスを夫々示している。また、これらの成形 部品のうち、パンチ 1とダイ 2には冷却媒体 (例えば水）を通過させることができる通路 la, 2aが夫々の内部に形成されており、この通路に冷却媒体を通過させることによつ てこれらの部材が冷却されるように構成されてレ、る。
[0005] こうした金型を用いてホットスタンプ (熱間深絞り加工）するに際しては、ブランク (鋼 板 4)を Ac3変態点以上に加熱して軟化させた状態で成形を開始する。即ち、高温状 態にある鋼板 4をダイ 2とブランクホルダー 3間に挟んだ状態で、パンチ 1によってダイ 2の穴内に鋼板 4を押し込み、鋼板 4の外径を縮めつつパンチ 1の外形に対応した形 状に成形する。また、成形と並行してパンチ 1およびダイ 2を冷却することによって、鋼 板 4から金型 (パンチ 1およびダイ 2)への抜熱を行なうと共に、成形下死点で更に保 持冷却することによって素材の焼き入れを実施する。こうした成形法を実施することに よって、寸法精度の良い 1470MPa級の成形品を得ることができ、し力 冷間で同じ 強度クラスの部品を成形する場合に比較して、成形荷重が低減できることからプレス 機の容量が小さくて済むことになる。
[0006] ホットスタンプの基本的な原理は上記の通りである力 こうした熱間絞り加工では、 ダイ 2とブランクホルダー 3によって挟み込まれるフランジ相当部分 (製品におけるフラ ンジとなる部分）は成形中に急激に温度が低下することになる。こうした温度低下に 伴って、ブランクの変形抵抗も上昇することになるため、金型内部にブランクを流入さ せるための力も急増することになる。この力はパンチ面と接触しているブランク部分（ 主にパンチ肩部）で受け持つことになる。そして、このブランク部分の強度力 ブラン クを金型内に流入させるのに必要な応力よりも大きい場合には、成形が継続されるこ とになるが、その関係が逆転した場合にはブランクに破断が発生することになる。
[0007] こうしたことから、上記のようなホットスタンプは、比較的簡単な形状でしわ押さえを 必要としない部品成形について適用されているのが実情である。これに対して、しわ 押さえが必要な成形の場合には、フランジ相当部分における温度低下が著しくなつ て上記の問題が生じることになるので、その適用は限られたものとなっていた (例えば 、ドアインパクトビームの場合など）。
[0008] ところで、こうした熱間成形においては、成形後の後処理を考慮して、ブランク表面 の酸化を防止するという観点から、加熱は非酸化性雰囲気で行われている。また、ブ ランク表面に形成される酸化スケールは、できるだけ薄い方が好ましいと考えられて レ、るのが一般的である。 [0009] 例えば、特開 2002-18531号では、ホットスタンプを行うに際して、加熱速度を 50 °C /秒以上とすることによって酸化スケールの厚みを薄く制御し、その後の化成処理 性を良好にすることが開示されている。また、特開 2003-231915号公報には、低炭 素鋼からなるブランクの焼入れ性を良好にするとレ、う観点から、プレス成形前の鋼板 表面のスケール厚さを 10 μ m以下とする技術も提案されている。
特許文献 1 :特開 2002-102980号公報
特許文献 2 :特開 2002-18531号公報
特許文献 3 :特開 2003-231915号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 本発明は、こうした状況の下でなされたものであって、その目的は、金属板を熱間 で深絞り成形するに際して、成形時に破断や割れなどを発生させずに良好な深絞り が実現できるような熱間絞り成形品の製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0011] 上記目的を達成し得た本発明の熱間絞り成形品の製造方法は、次の工程からなる ：金属板の両側の表面に厚さ 15 / m以上の酸化スケールを形成する；および、酸化 スケールが形成された前記金属板を、パンチおよびダイを用いて熱間で絞り成形す る。
[0012] 前記酸化スケールの厚さは、一つの前記金属板の平均の厚さを意味する。前記酸 化スケールの厚さが 50 μ ΐη以上であれば、より好ましい。前記酸化スケールの厚さは 、対象の金属板を加熱炉で熱した後、 自然放冷により常温となった状態で測定され た値により定義される。本発明の方法は、鋼板の成形に好適に適用できる。この場合 、前記酸化スケールを形成する工程において、鋼板を 800°C以上に加熱するのが好 ましレ、。また、前記熱間で絞り成形する工程を、その鋼板のマルテンサイト変態開始 温度よりも高い温度で行なうのが好ましい。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、金属板を熱間状態で深絞り成形するに際して、金属板の表面に 酸化スケールを形成した素材を用いることによって、成形時に破断や割れなどを発 生させずに良好な深絞りが実現できる成形品が製造できる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]熱間成形を実施するための金型構成を示す概略説明図である。
[図 2]成形が実施できた成形品の外観形状を模式的に示した斜視図である。
[図 3]ブランクの酸化スケール厚さと最大成形荷重の関係を示したグラフである。
[図 4]成形品のパンチ相当部における断面硬さ分布を示すグラフである。
符号の説明
[0015] 1 パンチ
2 ダイ
3 ブランクホルダー
4 ブランク
発明を実施するための最良の形態
[0016] 本発明者らは、従来技術において上記のような不都合が生じる原因について、様 々な角度から検討した。その結果、次のことが判明した。即ち、ブランク (鋼板）は非 酸化性雰囲気で加熱されるのが通常である力 S、成形時のブランクの酸化スケール厚 が非常に薄い状態 (約 10 μ m以下）となっており、そのためしわ押さえが必要な場合 には、フランジ相当部分の温度低下が著しくなる。その結果、フランジ相当部分の流 入抵抗が上昇し、フランジ相当部分のしわ発生を抑えながら深絞り成形することが困 難になると考えられた。
[0017] そこで、本発明者らは、こうした不都合を解消すれば良好な成形性が実現できると の着想の下で更に検討を重ねた。その結果、ブランク表面の酸化スケール厚さを意 図的に厚くし、ダイとブランクホルダーによって挟み込まれるフランジ相当部分に酸化 スケール皮膜を介在させれば、このスケール皮膜に断熱材と潤滑剤の両機能を併せ 持たせることができるとの知見が得られた。こうした酸化スケールを形成しておくことに よって、フランジ相当部分における成形時の温度低下が抑制される（断熱効果）と共 に、固体潤滑剤としての役割を果たして、パンチ肩部分での破断限界が向上し得る ことを見出し、本発明を完成した。 [0018] 本発明では、上述のごとぐ熱間絞り成形するに際してブランク表面に予め酸化ス ケールを形成しておくものである力 本発明の効果を発揮させるためには、酸化スケ ール厚さは 15 /i m以上であることが必要である。この酸化スケール厚さは好ましくは 50 z m以上とするのが良レ、が、あまり厚くなると成形後のデスケーリングによって製品 の板厚が薄くなつてしまうので、許容できる範囲内に抑えることが好ましい（例えば、 1 00 z m程度以下)。
[0019] 15 μ m以上の酸化スケール厚さを得るためには、例えば、一般的な鋼板の場合、 大気中で加熱温度を 950°C、加熱時間を 5分以上とすればよい。
[0020] ブランク表面の酸化スケールを形成しておくことによって、成形時に断熱材と潤滑 剤の両機能を発揮するものとなるが、こうした効果が発揮される原理は次のように考 えることができた。即ち、酸化スケールは成形時に金型と接触することによって急冷さ れ、ブランク表面から剥離すると考えられる力 この剥離した酸化スケールがブランク を金型との直接接触を妨げ、ブランクの急激な温度低下が抑制でき、流入抵抗の上 昇が緩和されることになる。また、酸化スケールが存在することによって、ブランクと金 型の接触が転がり摩擦状態となるので摩擦抵抗が低下し、ブランクが金型内部に容 易に流入することができることになる。ブランクが金型内部に容易に流入できるように なるメカニズムは、次のように推測できる。すなわち、表面に酸化スケールを有するブ ランクが金型と接触（特に図 1において、ダイ 2とブランクホルダー 3にはさまれた鋼板 の一部）すると、急激に表面温度が低下し、その熱衝撃で酸化スケールが破壊剥離 する。すなわち、酸化スケールと鋼の膨張係数の違いにより発生する応力により、酸 化スケールが破壊剥離する。この剥離したスケールが固体潤滑材の役割を果たす。
[0021] 本発明で成形に用いる金属板（ブランク）については、通常の鋼板 (例えば、 980M Pa級冷延鋼板や焼入れ強化用鋼板等）を用いることができるが、その表面にめっき 処理 [Zn系めつき（Znめっき、 Zn_Niめっき等）、 Ni系めつき、 Co系めつき等]を施し たものであっても良い。通常の鋼板を用いる場合には、その表面に形成される酸化ス ケールは鉄酸化物を主体としたものが好ましいが、めっき処理鋼板を用いる場合に は、酸化スケールはめつき層を構成する元素を主体とする酸化物であっても良レ、。こ うしためっき層表面に酸化スケールを形成する場合であっても、酸化スケールの厚さ は 15 μ m以上（好ましくは 50 μ m以上）であればその効果が発揮される。
[0022] ブランク表面に酸化スケールを形成する手段については、ブランク加熱時の雰囲 気を酸化性雰囲気（例えば、大気中）とすれば良い。その際、酸化スケールの厚さは 、雰囲気中での保持時間を調整することによって制御できる。
[0023] 成形前のブランク加熱温度については、成形後に強度が要求される場合には、 Ac 1変態点（フェライト +オーステナイト二相が存在する温度）以上とすることが好ましレヽ 。但し、成形後に強度が要求されない場合であっても、スケール厚さを規定する厚み に到達させるために必要な加熱時間（設定した温度に到達した後、保持する時間）が 実用的な範囲となるように調整することが望ましい。具体的には、 600°C程度の加熱 ではスケール厚さを 15 μ m以上とするためには、長時間を要するため少なくとも材料 の二相領域 (Acl変態点以上）に加熱することが望ましぐより好ましくは 800°C以上 に加熱するのが良い。
[0024] 本発明では、成形後の強度が要求されるか否かに拘わらず、成形を開始するとき のブランク温度はその材料のマルテンサイト変態開始温度（Ms点：例えば 450°C)よ りも高い温度とすることが好ましい。成形開始温度が Ms点以下になると、マルテンサ イトが生成して材料強度が上昇し、成形が困難になることがある。
[0025] 本発明によれば、ブランク表面に酸化スケールを形成しておくことによって、良好な 熱間成形性を確保できることになるのである力 スケールが厚くなると、スケールの断 熱効果がより発揮され、ブランクがスケールを介してパンチと接触してもブランク温度 は低下しに《なる。フランジ相当部分では、こうした効果によってブランクが高温に 保たれ、絞り成形に必要な応力が低減されることになるが、ブランクを金型に流入さ せる力を受け持つパンチとの接触部分 (ブランクのパンチ相当部分）の強度も軟ィ匕し たままである。こうしたことから、このパンチ相当部分の強度がフランジ相当部分の変 形抵抗よりも低いこともあり、良好に成形しに《なることがある。こうした不都合を回避 するという観点からして、少なくともパンチが最初に接触するブランク部分を成形に先 立って冷却し、その部分の表面温度を 750〜550°C程度にしてから、成形することも 好ましい実施態様である。その成形に先立つ冷却の方法としては、部分的にエアー を吹き付ける、あるいは、パンチを分割して成形に先立ち特定部分のパンチをブラン クに接触させておぐなどの方法が考えられる。
[0026] 本発明における熱間とは、熱間成形においては成形後の金型による急冷で焼入れ をする必要があるので、その観点からすると材料の Acl変態点以上の温度領域を意 味することになる。
[0027] 本発明において、酸化スケールの厚さ下限値は、ブランクを加熱炉で熱した後、 自 然放冷により常温となった状態で測定された値により規定している。これは、次の理 由による。本発明では、プレス成形加工される瞬間の酸化スケールの厚さが、本質的 に問題となる。しかし、その瞬間における酸化スケールの厚さを測定することは、現実 的に不可能である。そこで、プレス成形加工される瞬間の酸化スケールの厚さと対応 関係にある値として、 自然放冷によりブランクが常温となった状態で測定された酸化 スケールの厚さにより発明を定義するようにした。プレス成形加工される瞬間の酸化 スケールの厚さと自然放冷により常温となった状態で測定された酸化スケールの厚さ とは、厳密には位置しない。しかし、加熱炉で加熱されたブランクは、基本的には、自 然放冷の状態で熱間加工温度まで降温されるようにしてプレス機 (加工場所)まで搬 送されるので、ブランクの自然放冷後のスケール厚さは、加工の瞬間の酸化スケール 厚さと対応関係にあると考えられる。すなわち、急冷によるスケール剥離等の不確定 要素を考慮する必要が無い。
また、本発明における酸化スケールの厚さの下限値は、加工対象の金属板の厚さ に影響されない。
[0028] 以下、本発明の効果を実施例によって更に具体的に示すが、下記実施例は本発 明を限定するものではなぐ前 ·後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本 発明の技術的範囲に含まれるものである。
実施例
[0029] パンチの頭部形状が正方形（一辺が 45mm)の金型 (角筒ダイおよび角筒パンチ） を用い（前記図 1参照）、本発明方法に従って、熱間による角筒絞り成形を行った。こ のとき直径（ブランク径）： 95mmの円形鋼板を素材として用レ、（板厚： 1. 4mm)、ブラ ンクの加熱温度を 900°Cとし、大気雰囲気で加熱を行い、加熱時間（炉温が設定温 度になった後、設定温度で保持する時間）を制御することによって、ブランクのスケー ル厚さを調整した。通常の製造条件では加熱時間 3〜5分 (そのうち 900°Cに保持さ れている時間は数十秒程度）であり、その時の酸化スケール厚さは 11 μ m程度にな る。本実施例においては、その通常の加熱時間よりも長い加熱時間を適宜採用する ことにより、種々の酸化スケール厚さを実現した。ここで 50 x mの酸化スケール厚さを 得るためには、加熱時間 15分 (そのうち 900°Cに保持されている時間は 10分程度） を要した。
[0030] このときの酸化スケールの厚さは、加熱炉からブランクを取り出し、そのまま放冷し たときの断面厚さを測定したものである。ここで酸化スケールの厚さの測定は、成形 時にダイ 2及びブランクホルダー 3ではさまれる位置に相当する部分の一部を切り出 し、 400倍の顕微鏡視野で 3ケ所 (片面のみ）での最大厚みを測定し、平均している。
[0031] このとき鋼板の化学成分組成および機械的性質は下記の通りである。尚、この鋼板 の Acl変態点は 725°C、 Ac3変態点は 850°Cである。
[0032] (鋼板の化学成分組成）
C : 0. 20®fi%, Si: 0. 19質量％、Mn : l · 22質量0 /0
Cr : 0. 24質量％、8 : 0. 002質量％、1 : 0. 020質量0 /0、
S : 0. 010質量％、？：0. 010質量％ (残部実質的に鉄）
[0033] (鋼板の室温における機械的性質）
降伏強度： 357MPa、引張強度： 557MPa、伸び： 24%
成形に際しては、しわ押え力（BHF) : 3トンとし、潤滑剤として耐熱温度 1000°Cの ペースト状固体潤滑剤を使用し、金型に塗布した。また、成形機としては、メカニカル プレス機を用い、加熱炉からブランクを取り出した後直ちに成形を実施した。すなわ ち、本実施例においては、熱間加工を行うために本来必要な加熱を、酸化スケール をより厚くするために適宜長時間化していることになる。
このときの成形速度は 40サイクル Z分とし、成形下死点で金型を 20秒間停止させ、 焼入れ操作を実施した。その他のプレス成形条件は下記の通りである。
[0034] (他のプレス成形条件）
ダイ肩半径 rd : 5mm
パンチ肩半径 rp： 5mm パンチ-ダイ間クリアランス CL : [1. 32/2+ 1. 4 (鋼板厚さ）] mm
成形高さ： 37mm
[0035] その結果、酸化スケールを 50 β m形成したブランクを用いてプレス成形したもので は、破断を生じることなく良好な成形が実施できた。これに対して、酸化スケール厚さ 力 Sl l mのブランクを用いてプレス成形したものでは、パンチ肩相当部分で破断が 生じ、良好な成形が実施できなかった。成形が実施できた成形品の外観形状を、模 式的に図 2に示す。
[0036] 次に、加熱温度、成形開始温度、ブランク径および酸化スケール厚さを種々に変え て、上記と同様の成形を試み、その時の最大成形荷重および割れの有無を調べた。 その結果を、表 1および図 3のグラフ（ブランクの酸化スケール厚さと最大成形荷重の 関係を示す）に示す。
[0037] この結果より、酸化スケールの厚さを厚くすることによって最大成形荷重が低減し、 ブランクが破断することなく良好な成形が実施できることが分かる。
[0038] なお、この試験における成形開始温度は、同じ板厚の熱電対付きブランクを、成形 時と同様に加熱し自然放冷曲線を事前に測定して求め、実際に成形する際の、加熱 炉から取り出し成形を開始するまでの時間からその曲線に基づいて推定した。
[0039] [表 1]
Figure imgf000011_0001
[0040] 得られた成形品（酸化スケール厚が 50 x mのもの）のパンチ相当部における断面 硬さ分布を調査した。このとき、成形品（図 2)における軸を含む縦壁に平行な断面（ 逆 U字状部分）での硬さ分布（荷重 9. 8kNのときのビッカース硬さ）を測定した。その 結果を図 4に示すが、酸化スケールを形成したブランクを用いても、成形品における 硬さ分布の均一化が図れ、し力も十分な強化が達成されていることが分かる。

Claims

請求の範囲
[1] 熱間絞り成形品の製造方法であって、次の工程からなる：
金属板の両側の表面に厚さ 15 z m以上の酸化スケールを形成する；および 酸化スケールが形成された前記金属板を、パンチおよびダイを用いて熱間で絞り成 形する。
[2] 請求項 1に記載の製造方法であって、前記金属板が鋼板である。
[3] 請求項 1に記載の製造方法であって、前記酸化スケールの厚さが 50 μ m以上であ る。
[4] 請求項 2に記載の製造方法であって、前記酸化スケールを形成する工程において
、前記金属板が 800°C以上に加熱される。
[5] 請求項 2に記載の製造方法であって、前記熱間で絞り成形する工程において、前 記絞り成形が前記金属板の材料のマルテンサイト変態開始温度よりも高い温度で行 われる。
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