JP6156613B1 - 成形品の製造方法、及び成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
上記理由から,例えば、従来の自動車の外板の製品は、製品面に付与される歪量を金属板の板厚減少率10%未満となる加工量に制限して生産されている。すなわち肌荒れ発生を避けるため、加工条件に制約がある。しかしながら、より複雑な自動車の外板製品形状が要求されており,成形加工時の金属板の板厚減少率10%以上と肌荒れ抑制との両立できる方法が望まれている。
また、他の本開示の一態様の課題は、bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件、又は成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たした成形品であっても、肌荒れの発生が抑制され意匠性に優れた成形品を提供することである。
bcc構造を有し、金属板の表面において下記(a)又は(b)の条件を満たす金属板に対して、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じ、かつ前記金属板の少なくとも一部が板厚減少率10%以上30%以下となる成形加工を施し、成形品を製造する成形品の製造方法。
(a)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(b)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<2>
bcc構造を有し、金属板の表面において下記(A)又は(B)の条件を満たす金属板に対して、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じ、かつ前記金属板の少なくとも一部が板厚減少率10%以上30%以下となる成形加工を施し、成形品を製造する成形品の製造方法。
(A)前記金属板の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(B)前記金属板の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<3>
前記金属板が、鋼板である<1>又は<2>に記載の成形品の製造方法。
<4>
前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上のフェライト系鋼板である<1>〜<3>のいずれか1項に記載の成形品の製造方法。
<5>
bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(c)又は(d)の条件を満たす成形品。
(c)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(d)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<6>
bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(C)又は(D)の条件を満たす成形品。
(C)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(D)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<7>
前記金属板が、鋼板である<5>又は<6>に記載の成形品。
<8>
前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上のフェライト系鋼板である<5>〜<7>のいずれか1項に記載の成形品。
<9>
bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(c)又は(d)の条件を満たす成形品。
(c)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(d)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<10>
bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(C)又は(D)の条件を満たす成形品。
(C)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(D)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
<11>
前記金属板が、鋼板である<9>又は<10>に記載の成形品。
<12>
前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上の鋼板である<9>〜<11>のいずれか1項に記載の成形品。
また、他の本開示の一態様によれば、bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件、又は、成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦30の条件を満たした成形品であっても、肌荒れの発生が抑制され意匠性に優れた成形品を提供することができる。
発明者らは、成形加工する金属板の組織について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
なお、図3B〜図5B中、31は{001}結晶粒3が存在する金属板の表面を示している。また、41は{001}近傍結晶粒4が存在する金属板の表面を示している。
一方で、{001}結晶粒3の面積分率が低すぎる場合、金属板の表面において、{001}近傍結晶粒4に局所変形が分散する。それにより{001}結晶粒3と共に{001}近傍結晶粒4でも局所変形が生じる。このため、浅い凹部が形成される領域が大きくなり、平坦部が比較的少なくなる(図4B参照)。
また、{001}結晶粒3の面積分率が高すぎる場合、金属板の表面において、{001}結晶粒3局所変形が生じ、浅い凹部が形成される領域が大きくなり、平坦部が少なくなる(図5B)。
(a)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(b)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
(A)前記金属板の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(B)前記金属板の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
金属板には、平面ひずみ引張変形、又は平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工を施す。この成形加工としては、深絞り成形、張り出し成形、絞り張り出し成形、曲げ成形がある。具体的には、成形加工としては、例えば、図7Aに示すような、金属板10を張り出し成形加工する方法が挙げられる。この成形加工では、ダイス11と、ドロービード12Aが配されたホルダー12との間に金属板10の縁部を挟み込む。それにより、金属板10の縁部の表面にドロービード12Aに食い込ませて、金属板10を固定した状態とする。そして、この状態で、頂面が平坦のパンチ13を金属板10に押付けて、金属板10を張り出し成形加工する。ここで、図7Aに示す張り出し成形加工により得られる成形品の一例を図7Bに示す。
図7Aに示す張り出し成形加工では、例えば、パンチ10の側面側に位置する金属板10(成形品の側面となる部分)は、平面ひずみ変形が生じる。一方で、パンチ10の頂面に位置する金属板10(成形品の天面)は、等二軸変形、又は比較的、等二軸変形に近い不等二軸引張変形が生じる。
図8Aに示す絞り張り出し成形加工では、例えば、パンチ10の側面側に位置する金属板10(成形品の側面となる部分)は、平面ひずみ変形が生じる。一方で、パンチ10の頂面に位置する金属板10(成形品の天面)は、比較的、平面ひずみ変形に近い不等二軸引張変形が生じる。
・一軸引張変形: −0.5<β≦−0.1
・平面ひずみ引張変形: −0.1<β≦0.1
・不等二軸変形: 0.1<β≦0.8
・等二軸変形: 0.8<β≦1.0
[種類]
金属板は、bcc構造(体心立方格子構造)を有する金属板である。bcc構造を有する金属板としては、α−Fe(、Li、Na、K、β−Ti、V、Cr、Ta、W等の金属板が挙げられる。これらの中でも、構造物を作製する上で、もっとも容易に入手できるという点から、鋼板(フェライト系鋼板、ベイナイト単相組織としたベイナイト鋼板、マルテンサイト単相組織としたマルテンサイト鋼板等)が好ましく、フェライト系鋼板がより好ましい。フェライト系鋼板には、金属組織のフェライト分率が100%の鋼板以外に、マルテンサイト、ベイナイト等が存在する鋼板(DP鋼板)も含まれる。
なお、フェライト分率は、次に示す方法により測定できる。鋼板の表面を研磨後、ナイタール溶液に浸漬することで、フェライト組織を現出させ、光学顕微鏡で組織写真を撮影する。その後、前記組織写真の全域の面積に対するフェライト組織の面積を算出する。
平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工を施す場合、金属板の表面において、金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を有する結晶粒({001}結晶粒)は、次の(a)又は(b)を満たす。
(a){001}結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(b){001}結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
ここで、金属板の表面にめっき層等が形成されている場合、めっき層等と接触している金属板の表面に該当する領域(線状の領域)について、{001}結晶粒3の面積分率を測定する。
平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工を施す場合、金属板の表面において、金属板の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を有する結晶粒({111}結晶粒)以外の結晶粒(つまり、金属板の表面に平行な{111}面から15°を超えた結晶方位を有する結晶粒)は、次の(A)又は(B)を満たす。
(A){111}結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(B){111}結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
一方、{111}結晶粒以外の結晶粒の面積分率は、測定対象となる結晶粒が異なる以外は、{001}結晶粒と同じ方法で測定される。
金属板として好適なフェライト系鋼板は、例えば、質量%で、C:0.0060%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.50%以下、P:0.100%以下、S:0.010%以下、Al:0.00050〜0.10%、N:0.0040%以下、Ti:0.0010〜0.10%、Nb:0.0010〜0.10%、及び、B:0〜0.0030%、を含有し、残部がFe及び不純物であり、さらに、下記式(1)で定義されるF1の値が0.7超え1.2以下である化学組成を有することが好ましい。
式(1):F1=(C/12+N/14+S/32)/(Ti/48+Nb/93)
ここで、各式(1)中、元素記号には、各元素の鋼中における含有量(質量%)が代入される。
炭素(C)は不純物である。一般的なIF鋼においても、Cは鋼板の延性及び深絞り成形性を低下させることが知られている。このため、C含有量は少ない程好ましい。したがって、C含有量は0.0060%以下であることがよい。C含有量の下限については、精錬コストを考慮して、適宜設定することができる。C含有量の下限はたとえば、0.00050%である。C含有量の好ましい上限は0.0040%であり、より好ましくは0.0030%である。
シリコン(Si)は不純物である。しかしながら、Siは固溶強化により鋼板の延性の低下を抑制しつつ、強度を上げる。そのため、必要に応じて含有させてもよい。Si含有量の下限はたとえば、0.005%である。鋼板の高強度化を目的とする場合は、Si含有量の下限はたとえば、0.10%である。一方、Si含有量が多すぎると、鋼板の表面性状が悪化する。このため、Si含有量は1.0%以下とすることがよい。Si含有量の好ましい上限は0.5%である。鋼板の強度を必要としない場合、Si含有量のより好ましい上限は0.05%である。
マンガン(Mn)は不純物である。しかしながら、Mnは固溶強化により鋼板の強度を高める。さらに、Mnは硫黄(S)をMnSとして固定する。そのため、FeS生成による鋼の赤熱脆性が抑制される。さらに、Mnはオーステナイトからフェライトへの変態温度を低下させる。これにより、熱延鋼板の結晶粒の微細化が促進される。そのため、必要に応じて含有させてもよい。Mn含有量の下限はたとえば、0.05%である。一方、Mn含有量が多すぎると、鋼板の深絞り成形性及び延性が低下する。したがって、Mn含有量は1.50%以下であることがよい。Mn含有量の好ましい上限は0.50%であり、より好ましくは0.20%である。
リン(P)は、不純物である。しかしながら、Pは固溶強化により鋼板のr値の低下を抑制しつつ、強度を高める。そのため、必要に応じて含有させてもよい。P含有量の下限については、精錬コストを考慮して、適宜設定することができる。P含有量の下限はたとえば、0.0010%である。一方、P含有量が多すぎると、鋼板の延性が低下する。したがって、P含有量は0.100%以下であることがよい。P含有量の好ましい上限は0.060%である。
硫黄(S)は不純物である。Sは鋼板の成形性及び延性を低下させる。したがって、S含有量は0.010%以下であることがよい。S含有量の下限については、精錬コストを考慮して適宜設定することができる。S含有量の下限はたとえば、0.00030%である。S含有量の好ましい上限は0.006%であり、より好ましくは0.005%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
アルミニウム(Al)は溶鋼を脱酸する。この効果を得るためには、Al含有量を0.00050%以上とするのが好ましい。しかしながら、Al含有量が多すぎると鋼板の延性が低下する。したがって、Al含有量は0.00050〜0.10%であることがおい。Al含有量の好ましい上限は0.080%であり、より好ましくは0.060%である。Al含有量の好ましい下限は0.005である。本明細書においてAl含有量は、いわゆる酸可溶Al(sol.Al)の含有量を意味する。
窒素(N)は不純物である。Nは鋼板の成形性及び延性を低下させる。したがって、N含有量は0.0040%以下であることがよい。N含有量の下限については、精錬コストを考慮して適宜設定することができる。N含有量の下限はたとえば、0.00030%である。
チタン(Ti)は、C、N及びSと結合して炭化物、窒化物及び硫化物を形成する。Ti含有量がC含有量、N含有量及びS含有量に対して過剰であれば、固溶C及び固溶Nが低減する。一般的なIF鋼の場合、後述の式(1)で定義されるF1が0.7以下となるように、Tiが含有されることがよい。しかしながら、C、N及びSと結合されずに余ったTiは、鋼中に固溶する。固溶Tiが増えすぎると、鋼の再結晶温度が上昇するので、焼鈍温度を高くする必要がある。この場合、後述するとおり、焼鈍後に{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)が成長し易くなる。さらに、固溶Tiが増えすぎると鋼材が硬質化して加工性の劣化を招く。このため、鋼板の成形性が低下する。したがって、鋼の再結晶温度を下げるために、Ti含有量の上限は0.10%であることがよい。Ti含有量の好ましい上限は0.08%であり、より好ましくは0.06%である。
ニオブ(Nb)は、Tiと同様に、C、N及びSと結合して炭化物、窒化物及び硫化物を形成する。Nb含有量がC含有量、N含有量及びS含有量に対して過剰であれば、固溶C及び固溶Nが低減する。しかしながら、C、N及びSと結合されずに余ったNbは、鋼中に固溶する。固溶Nbが増えすぎると、焼鈍温度を高くする必要がある。この場合、焼鈍後に{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)が成長し易くなる。したがって、鋼の再結晶温度を下げるために、Nb含有量の上限は0.10%であることがよい。Nb含有量の好ましい上限は0.050%であり、より好ましくは0.030%である。
ボロン(B)は任意元素である。固溶Nや固溶Cを低減させた極低炭素の鋼板は、一般に粒界強度が低い。そのため、深絞り成形、張り出し成形等、平面ひずみ変形及び二軸引張変形が生じる成形加工を行う際、凹凸が発達し、成形品の肌荒れが発生し易くなる。Bは、粒界強度を高めることにより、耐肌荒れ性を向上させる。したがって、必要に応じてBを含有させてもよい。一方、B含有量が0.0030%を超えると、r値が低下する。そのため、Bを含有させる場合のB含有量の好ましい上限は0.0030%であり、より好ましくは0.0010%である。
なお、粒界強度を高める効果を確実に得るには、B含有量を0.0003%以上とすることが好ましい。
残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、鋼板に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
上記化学組成ではさらに、式(1)で定義されるF1が0.7超え1.2以下である。
式(1):F1=(C/12+N/14+S/32)/(Ti/48+Nb/93)
ここで、式(1)中、各元素記号には、各元素の鋼中における含有量(質量%)が代入される。
以下に、金属板として好適なフェライト系鋼板の製造方法の一例を説明する。
初めに、フェライト系鋼板を製造する。たとえば、上述の化学組成を有するスラブを製造する。表面ひずみ付与工程では、熱間圧延工程前、又は、粗圧延中のスラブの表層にひずみを付与する。ひずみを付与する方法はたとえば、ショットピーニング加工、切削加工、及び、粗圧延中に異周速圧延を行う等がある。熱間圧延前にひずみを付与することにより、熱間圧延後の鋼板の表層における結晶粒の平均結晶粒径が小さくなる。さらに、結晶粒が再結晶する際、{111}結晶粒が優先的に生成される。そのため、{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)の生成を抑制できる。表面ひずみ付与工程において、表面の相当塑性ひずみ量は25%以上とするのが好ましく、より好ましくは30%以上である。
加熱工程では、上記スラブを加熱する。加熱は、熱間圧延工程での仕上げ圧延での仕上げ温度(最終スタンド後の熱延鋼板の表面温度)がAr3+30〜50℃の範囲となるように適宜設定することが好ましい。加熱温度が1000℃以上の場合、仕上げ温度がAr3+30〜50℃になりやすい。そのため、加熱温度の下限は1000℃であることが好ましい。加熱温度が1280℃を超えると、スケールが多量に発生して歩留まりが低下する。そのため、加熱温度の上限は1280℃であることが好ましい。加熱温度が上記範囲内の場合、加熱温度が低い程鋼板の延性及び成形性が向上する。そのため、加熱温度のより好ましい上限は1200℃である。
熱間圧延工程は、粗圧延及び仕上げ圧延を含む。粗圧延では、スラブを一定の厚みまで圧延して熱延鋼板を製造する。粗圧延時に、表面に発生したスケールを除去してもよい。
熱間圧延工程前に上述の表面ひずみ付与工程を行わない場合、粗圧延時に表面ひずみ付与工程を実施して、スラブの表層にひずみを付与する。
熱間圧延後、熱延鋼板を冷却する。冷却条件は適宜設定することができる。好ましくは、冷却停止までの最大冷却速度は100℃/s以上である。この場合、熱間圧延によりオーステナイト結晶粒内に蓄積したひずみの解放が抑制され、結晶粒を微細化し易くなる。冷却速度は速い程好ましい。圧延完了から、680℃に冷却するまでの時間は、0.2〜6.0秒であることが好ましい。圧延完了から680℃までの時間が6.0秒以下である場合は、熱間圧延後の結晶粒を微細化し易い。圧延完了から680℃までの時間が2.0秒以下である場合は、熱間圧延後の結晶粒をさらに微細化し易い。加えて、結晶粒が再結晶する時に結晶粒界から{111}結晶粒が優先的に生成される。そのため、{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)を低減し易い。
巻取工程は400〜690℃で行うことが好ましい。巻取温度が400℃以上であれば、炭窒化物の析出が不十分となって固溶Cや固溶Nが残存するのを抑制できる。この場合、冷延鋼板の成形性が向上する。巻取温度が690℃以下であれば、巻取後の徐冷中に結晶粒が粗大化するのを抑制できる。この場合、冷延鋼板の成形性が向上する。
巻取工程後の熱延鋼板に対して冷間圧延を実施して冷延鋼板を製造する。冷間圧延工程における圧下率は、高い方が好ましい。フェライト系薄鋼板が極低炭素鋼の場合、圧下率がある程度高くなると、{111}結晶粒が発達しやすい。そのため、焼鈍後のr値が高くなりやすい。したがって、冷間圧延工程における圧下率は40%以上であることが好ましく、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは60%以上である。焼鈍後の鋼板として圧延設備の関係上、冷間圧延工程での圧下率の現実的な上限は95%である。
冷間圧延工程後の冷延鋼板に対して、焼鈍工程を実施する。焼鈍方法は連続焼鈍、箱焼鈍のいずれでもよい。焼鈍温度は再結晶温度以上であることが好ましい。この場合、再結晶が促進され、冷延鋼板の延性及び成形性が向上する。一方、焼鈍温度は830℃以下であることが好ましい。焼鈍温度が830℃以下であれば、結晶粒の粗大化を抑制できる。この場合、成形加工時に凹凸の発達を抑え、成形品の肌荒れの発生が抑制され易くなる。
ここで、従来,プレス成形性の指標として、r値が使われてきた。一般的に、r値は、bcc構造を有する鋼板の表面に{111}結晶粒が多く、{001}結晶粒が少ないほど高い値を示す。r値が高いほど成形性がよいとされる。また、高いr値を実現するために最適な焼鈍温度が選択されていた。
しかしながら、r値は、肌荒れ抑制の指標には活用できない。なぜなら、r値が高くても低くても肌荒れが起こりやすくなるからである。また、r値と肌荒れ発生をプロットしても、それらの相関性は認められない。そこで、r値の代わりに、鋼板の表面の{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)を肌荒れ抑制の指標として使用する。
そして、鋼板の表面の{111}結晶粒以外の結晶粒(特に{001}結晶粒)の面積分率は、焼鈍温度と焼鈍前までの加工熱処理条件(熱延前の加工量、熱延温度、冷延率等)との組み合わせによって制御することがよい。具体的には、焼鈍工程において、750℃〜830℃の均熱温度条件を選択することがよい。
第一の本開示の成形品は、bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品である。そして、第一の本開示の成形品は、成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件、又は、成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たし、かつ成形品の表面において下記(c)又は(d)の条件を満たす。
(c)成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒({001}結晶粒)の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(d)成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒({001}結晶粒)の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
(C)成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒({111}結晶粒)以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(D)成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒({111}結晶粒)以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。
成形品に、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工が施されていることを確認する方法は次の通りである。
成形品の3次元形状を測定し、数値解析用のメッシュを作製し、コンピュータによる逆解析によって、板材から3次元形状へ至るまでの過程を導出する。そして、前記各メッシュにおける最大主ひずみと最小主ひずみとの比(前記β)を算出する。この算出により、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工が施されていることを確認することができる。
例えば、Comet L3D(東京貿易テクノシステム(株))等の三次元計測機により、成形品の三次元形状を測定する。得られた測定データを基に,成形品のメッシュ形状データを得る。次に、得られたメッシュ形状データを用いて、ワンステップ法(加工硬化算出ツール「HYCRASH(株式会社JSOL)」等)の数値解析により、成形品の形状を元にそれを一度平坦な板に展開する。そのときの成形品の伸び、曲げ状態などの形状情報から成形品の板厚変化、残留ひずみなどを計算する。この計算によっても、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じる成形加工が施されていることを確認することができる。
つまり、成形品の最大板厚D1は成形加工前の金属板の板厚と見なすことができ、成形品の最小板厚D2は成形加工後で最も板厚減少率が大きい部位の金属板(成形品)の板厚と見なすことができる。
つまり、成形品の最大硬度H1となる部位は成形加工後で最も板厚減少率が大きい部位の金属板(成形品)の硬度と見なすことができ、成形品の最小硬度H2は成形加工前の金属板の硬度と見なすことができる。
そして、上記(c)又は(d)で示される条件は、第一の本開示の成形品の製造方法で説明した上記(a)又は(b)で示される条件と、成形加工前の金属板に代えて、成形品の表面における{001}結晶粒の面積分率及び平均結晶粒径を条件としている以外は同義である。
同様に、上記(C)又は(D)で示される条件は、第二の本開示の成形品の製造方法で説明した上記(A)又は(B)で示される条件と、成形加工前の金属板に代えて、成形品の表面における{111}結晶粒以外の結晶粒の面積分率及び平均結晶粒径を条件としている以外は同義である。
[成形品の成形]
表1に示す化学組成を持つ各鋼片を、表2に示す条件で加工し、鋼板を得た。具体的には、初めに、表1に示す鋼種A〜Bの各鋼片に対して、表2に示す条件で、表面ひずみ付与工程、加熱工程、熱間圧延工程及び冷却工程を実施した。加工には、実験圧延機を使用した。次に、巻取温度まで冷却した冷延鋼板を、巻取温度に相当する温度に保持した電気炉に装入した。そのまま30分保持した後、20℃/hで冷却し、巻取工程を模擬した。さらに、表2に示す圧下率で冷間圧延工程を実施し、表2に示す板厚の冷延鋼板とした。得られた各冷延鋼板に対して、表2に示す温度で焼鈍を行った。このようにして、鋼板1〜8を得た。鋼板1〜8のフェライト分率は、いずれも100%であった。
なお、この成形は、天板部20Aとなる鋼板の板厚減少率(図12中、天板部20Aの評価部A(天板部20Aの中心部)の板厚減少率)が表3に示す板厚減少率となる加工量で実施した。
得られた各鋼板、及び各成形品に対して、次の測定試験及び目視評価を行った。結果を表3及び表4に示す。また、図17に、実施例で得られた成形品について、目視評価の結果と、{001}結晶粒の平均結晶粒径及び結晶粒径との関係を示す。
鋼板に対して、{001}結晶粒の平均結晶粒径の測定試験を実施した。測定試験には、EBSD法を用いた。図13は、鋼板を上部から観察した模式図である。図13を参照して、鋼板の幅方向における、端から1/4より中心部において、1mm四方の測定領域4を任意に3箇所選んだ。それぞれの測定領域4において、鋼板の表面での、鋼板表面と平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒({001}結晶粒3)を選択した。
鋼板に対して、{001}結晶粒の面積分率の測定試験を実施した。上述のとおり、鋼板から測定領域4を選び、EBSD法を用いて、{001}結晶粒3を選択した。各視野において、{001}結晶粒3の面積分率を算出し、その平均値を求めた。なお、成形品の{001}結晶粒3の面積分率も、鋼板の{001}結晶粒3の面積分率と同様の値となる。
鋼板に対して、平均r値の測定試験を行った。具体的には、鋼板の圧延方向に対して、0°、45°及び90°方向の、板状の5号試験片(JIS Z 2241(2011))を採取した。採取した各試験片に対して、10%のひずみを付与した。ひずみ付与前後における、試験片の幅と板厚とから、各試験片に対してr値(ランクフォード値)を算出した。3方向の試験片のr値の算術平均を平均r値とした。
成形品に対して、板厚の測定試験を行った。具体的には、成形品のコンピュータによる成形シミュレーションを実施し、板厚が最大及び最小となる部位を特定した。その後、成形品の板厚測定を板厚が最大及び最小となる部位それぞれにおいて、板厚ゲージを使用し、測定した。これにより、最大板厚D1、最小板厚D2を求めた。ただし、最大板厚D1は、成形品(成形品全体)の最大板厚を求め、最小板厚D2は、成形品の評価部の最小板厚を求めた。
成形品に対して、硬度の測定試験を行った。具体的には、成形品のコンピュータによる成形シミュレーションを実施し、相当塑性ひずみが最大及び最小となる部位を特定した。その後、成形品の硬度測定を板厚が最大及び最小となる部位それぞれにおいて、JIS規格(JIS Z 2244)に従い、測定した。これにより、最大硬度H1、最小硬度H2を求めた。ただし、最大硬度H1は、成形品(成形品全体)の最大硬度を求め、最小硬度H2は、成形品の評価部の最小硬度を求めた。
成形品に対して、成形品表面の凹凸高さの測定試験を行った。具体的には、成形品の評価部を切出し、接触式の粗さ径で、長手方位の凹凸を計測した。結晶方位を確認するために凹凸が最も顕著な部分を、クロスセクションポリッシャ(Cross section polisher)加工を用いて切断し、表層の結晶方位と凹凸の関係を分析した。
本来、化成処理後電着塗装を行うが、簡易的評価手法として、ラッカースプレーを均一に成形品の表面を塗装したのち、目視にて観察し、下記基準に従って、肌荒れの発生度合と評価面の鮮鋭度について調べた。
さらに、表面性状の優劣を示す他のパラメータとして、算術平均うねりWaの値をKeyence社製レーザーマイクロスコープにより測定した。測定条件は,評価長さを1.25mm,カットオフ波長λcを0.25mmとした。そして、カットオフ波長λcよりも長波長側のプロファイルを評価した。
評価基準は、以下の通りである。
A: 成形品の天板部の評価部表面に目視で模様が確認されず、表面に艶があるもの(Wa≦0.5μm)。自動車外板部品としてより望ましく、高級車の外板部品としても利用できる。
B: 成形品の天板部の評価部表面に目視で模様が確認されないが、表面の艶が消えているもの(0.5μm<Wa≦1.0μm)。自動車部品として利用できる。
C: 成形品の天板部の評価部表面に目視で模様が確認されるが、表面に艶があるもの(1.0μm<Wa≦1.5μm)。自動車の外板部品として利用できない。
D: 成形品の天板部の評価部表面に目視で模様が確認され、表面に艶がないもの(1.5μm<Wa)。自動車の部品として利用できない。
ここで、実施例対応の成形品No.2、3、比較例対応の成形品No.1の断面ミクロ組織と表面凹凸を示す模式図を、図14〜図16に示す。図14〜図16は、成形品の断面を、EBSD法によって解析した模式図である。なお、図14〜図16中、NDは板厚方向を示し、TDは板幅方向を示す。
この図14〜図16の比較から、比較例対応の成形品No.1に比べ、実施例対応の成形品No.2、3は、成形品の表面の凹凸高さが低く、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。ただし、図14と図15との比較から、成形品No.2に比べ、成形品No.3は、成形品の表面の凹凸高さが高いが、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。これは、成形品の表面の凹凸が高くても、又は同等でも、凹部が深く微細であれば、肌荒れとして認識され難くなることもあるためである(成形品No.6と成形品No.7との比較も参照)。
実施例対応の成形品No.7と比較例対応の成形品No.9との比較から、{001}結晶粒の面積分率が0.20未満と低くても、{001}結晶粒の平均結晶粒径が15μm未満であれば、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。
実施例対応の成形品No.10から、{001}結晶粒の面積分率が0.45と高くても、{001}結晶粒の平均結晶粒径が15μm未満であれば、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。
[成形品の成形]
次に、表5に示す鋼板に対して、張り出し加工を施した。それにより、図12に示すように、成形品20の天板部20Aの直径R=150mm、成形品20の高さH=18mm、成形品20の縦壁部20Bの角度θ=90℃の皿状の成形品No.101〜105、108を成形した。また、成形品20の高さH=15mmとした以外は、成形品No.101〜105、108と同様にして、成形品No.106〜107、109、128を成形した。
なお、この成形は、天板部20Aとなる鋼板の板厚減少率(図12中、天板部20Aの評価部A(天板部20Aの中心部)の板厚減少率)が表5に示す板厚減少率となる加工量で実施した。
使用した各鋼板、及び得られた各成形品に対して、1){111}結晶粒以外の結晶粒の平均結晶粒径及び面積分率、2)平均r値、3)板厚の測定試験、4)硬度の測定試験、5)凹凸高さ測定試験、6)目視評価を、第一の実施例に準じて行った。結果を表5及び表6に示す。
ここで、実施例対応の成形品No.102、103、比較例対応の成形品No.101の断面ミクロ組織と表面凹凸を示す模式図を、図18〜図20に示す。図18〜図20は、成形品の断面を、EBSD法によって解析した模式図である。なお、図18〜図20中、NDは板厚方向を示し、TDは板幅方向を示す。
この図18〜図20の比較から、比較例対応の成形品No.101に比べ、実施例対応の成形品No.102、103は、成形品の表面の凹凸高さが低く、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。ただし、図18と図19との比較から、成形品No.102に比べ、成形品No.103は、成形品の表面の凹凸高さが高いが、肌荒れが抑制され意匠性に優れることがわかる。これは、成形品の表面の凹凸が高くても、又は同等でも、凹部が深く微細であれば、肌荒れとして認識され難くなることもあるためである(成形品No.106と成形品No.107との比較も参照)。
そして、上記結果より、実施例対応の成形品では、等二軸引張変形場および等二軸引張変形場に近い不等二軸引張変形場から、平面ひずみ引張変形場および平面ひずみ変形場に近い不等二軸引張変形場まで、幅広い変形場において、成形品の肌荒れが抑制されていることがわかる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (10)
- bcc構造を有し、金属板の表面において下記(a)又は(b)の条件を満たす金属板に対して、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じ、かつ前記金属板の少なくとも一部が板厚減少率10%以上30%以下となる成形加工を施し、成形品を製造する成形品の製造方法。
(a)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(b)前記金属板の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。 - 前記金属板が、鋼板である請求項1に記載の成形品の製造方法。
- 前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上のフェライト系鋼板である請求項1又は請求項2に記載の成形品の製造方法。
- bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大板厚をD1とし、成形品の最小板厚をD2としたとき、式:10≦(D1−D2)/D1×100≦30の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(c)又は(d)の条件を満たす成形品。
(c)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(d)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。 - 前記金属板が、鋼板である請求項4に記載の成形品。
- 前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上のフェライト系鋼板である請求項4又は請求項5に記載の成形品。
- bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(c)又は(d)の条件を満たす成形品。
(c)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の面積分率が0.20以上0.35以下である。
(d)前記成形品の表面に平行な{001}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒の、面積分率が0.45以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。 - bcc構造を有し、平面ひずみ引張変形、又は、平面ひずみ引張変形および二軸引張変形が生じた形状の金属板の成形品であって、
成形品の最大硬度をH1とし、成形品の最小硬度をH2としたとき、式:15≦(H1−H2)/H1×100≦40の条件を満たし、
かつ成形品の表面において下記(C)又は(D)の条件を満たす成形品。
(C)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の面積分率が0.25以上0.55以下である。
(D)前記成形品の表面に平行な{111}面から15°以内の結晶方位を持つ結晶粒以外の結晶粒の、面積分率が0.55以下、かつ平均結晶粒径が15μm以下である。 - 前記金属板が、鋼板である請求項7又は請求項8に記載の成形品。
- 前記金属板が、金属組織のフェライト分率50%以上の鋼板である請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の成形品。
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