JP6424195B2 - 熱間プレス成形方法 - Google Patents
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Description
(1)本発明は、鋼板を加熱して該鋼板全体をオーステナイトにする第1加熱工程と、該第1加熱工程後の鋼板の冷却速度を部分的に変えて該鋼板の一部である第1領域をマルテンサイトへ変態させると共に該鋼板の他部である第2領域をオーステナイトのままとする第1冷却工程と、該鋼板全体を再加熱して該第1領域を焼戻しマルテンサイトにする第2加熱工程と、該第2加熱工程後の鋼板全体を冷却する第2冷却工程とを備え、前記第1冷却工程と前記第2冷却工程の少なくとも一方は、前記鋼板を成形型でプレス成形する成形工程中になされる熱間プレス成形方法として把握できる。
上述した成形方法を踏まえて、本発明は、次のような従来とは異なる新たな成形品としても把握できる。
(1)本明細書でいう「温度」は、特に断らない限り、鋼板または各領域の温度である。具体的な温度の特定は、鋼板側面に溶着させた熱電対で測定してなされる。各領域の温度は、各領域の中央で測定した温度を代表値として採用する。簡易的には、該当領域を放射温度計で測定して得た温度分布から求まる最大温度と最小温度を相加平均して求めた温度を、当該領域の温度としてもよい。
本発明に係る鋼板は、炭素(C)を含有した鉄合金からなり、焼き入れ可能であれば、炭素鋼板、合金鋼板の他、ステンレス鋼板(特にマルテンサイト系ステンレス鋼板)等でもよい。Cは、理論上、フェライト(α)の固溶上限である0.02質量%(適宜単に「%」という。)からオーステナイト(γ)の固溶上限である2.14%の範囲内で含有され得るが、成形性、強度、靱性等を考慮して、鋼板全体を100%としたときにC:0.1〜0.6%さらには0.15〜0.4%であると好ましい。
第1加熱工程は、成形前または焼入前に、鋼板全体を加熱してオーステナイト(状態または相)とする工程である。具体的にいうと、第1加熱工程は、鋼板全体をオーステナイト変態完了温度(Ac3点)以上の初期温度(Ti)まで加熱する工程であるとよい。Tiは、例えば、850〜950℃である。
第1冷却工程は、オーステナイト状態にある鋼板を冷却して、その一部である第1領域をマルテンサイトへ変態させると共に、その他部である第2領域をオーステナイトのままとする工程である。具体的にいうと、第1冷却工程は、第1領域を急冷させると共に、第2領域を緩冷または徐冷して、加熱された鋼板の冷却速度を部分的に変える工程である。
第2加熱工程は、第1冷却工程後の鋼材(全体)を再加熱して、少なくとも第1領域のマルテンサイトを焼き戻す工程である。このときの加熱温度、昇温速度または保持時間等を調整することにより、各領域の組織制御が可能となる。例えば、次のような二つのパターンが考えられる。
第1領域の温度がA1点未満で、第2領域の温度がA1点以上となるように鋼板を再加熱する。この鋼板を後続の第2冷却工程で急冷すると、第2領域は焼き入れされてマルテンサイトとなる。なお、第1領域のマルテンサイトは、A1点未満(直下)からの急冷であるため、焼き戻されたマルテンサイトとなる。
第1領域と第2領域をA1点未満の温度まで再加熱する。この際、緩やかに昇温するか、所望の温度で所定時間保持する。これにより、第1領域のマルテンサイトは十分に焼き戻されると共に、第2領域のオーステナイトもフェライトやパーライト等へ十分に変態し得る。そこで第2加熱工程は、加熱開始から加熱完了までの加熱時間が1〜12分間さらには2〜6分間であると好ましい。
第2冷却工程は、第2加熱工程で再加熱した鋼板(全体)を再冷却する工程である。第2冷却工程における冷却速度を調整することにより、第2加熱工程と相俟って、各領域の組織制御を行い得る。但し、通常、脆化や割れ等を抑止するために第2冷却工程は急冷される。このような第2冷却工程は、プレス成形(成形工程)としてなされると好ましい。鋼板全面が成形型内に保持された状態のまま急冷されることにより、部位毎に異なる特性を付与できるのみならず、寸法精度に優れた成形品が得られる。
本発明のプレス成形品は、その形態や用途を問わないが、例えば、車両ボディ、バンパー、オイルパン、インナーパネル、ピラー、ホイルハウス等として用いられる。なお、本発明のプレス成形品は、さらに他の熱処理等が施されることを排除するものではない。
成形凹部を有するダイと、それに遊嵌される成形凸部を有するパンチと、ダイに対向して配設されたブランクホルダと、ブランクホルダを上下動可能に支持するダイクッションと、ダイクッションを支持するベースと、ダイを駆動する油圧プレス機とを備えた熱間プレス成形装置(単に「成形装置」または「金型」ともいう。)を用意した。なお、この成形装置では、パンチはベースに固定されている。
市販されている熱間プレス成形用鋼板を用意した。この鋼板の組成は、C:0.19質量%、Mn:2.0質量%、Cr:0.25質量%、残部:Feおよび不可避不純物であった。なお、この鋼板は、A3点:820℃、A1点:730℃、Ms点:360℃、Mf点:280℃である。これらの温度は相変態に伴って生じる体積変化を測定することにより特定される。また、鋼板の初期硬さは190HVであった。
[試料の製造]
図1Aに示すような熱間プレス成形(第1パターン)を行った。以下に各工程の詳細を説明する。なお、図1Aには、各工程で生じる鋼板1の第1領域11と第2領域12の温度変化(熱履歴)も併せて示した。各部の温度は熱電対を鋼板側面に溶着して測定した。また図1Aには、次のような表記で、各工程で生成される鋼板1の組織を示した。
γ:オーステナイト、Supercooled γ:過冷オーステナイト、M:マルテンサイト、
Full M:焼入れマルテンサイト、Tempered M:焼戻しマルテンサイト、
F:フェライト、P:パーライト、
鋼板1を加熱炉(第1加熱炉)に入れて、その全体をAc3点以上である初期温度(Ti)まで加熱した。なお、本実施例ではTi=900℃とした。
加熱炉から取り出した鋼板を直ちに上述した成形装置内に載置し、プレス成形を行った。この際、金型(第1成形型)の第1型部と第2型部の温度はそれぞれ独立して制御し、図1Aに示すようなに第1領域11の温度(T1)と第2領域12の温度(T2)を変化させた。具体的にいうと、加熱された鋼板1の一部である第1領域11をMf点以下の第1冷却温度(T1r)まで冷却する。また、鋼板1の他部である第2領域12をAr1点未満でMs点超の第2冷却温度(T2r)まで冷却する。なお、本実施例ではT1r=100℃、T2r=580℃とした。
第1成形工程で所望形状に成形された鋼板1を金型から素早く取り出して、直ちに加熱炉(第2加熱炉)へ入れた。このときの炉内温度:1000℃、保持時間:55秒間とした。
加熱炉から取り出した鋼板を直ちに、再び上述した成形装置内に載置し、プレス成形を行った。この際、金型(第2成形型)の第1型部と第2型部は共に、十分に冷却された状態にしておいた。
上述の成形品の各部のビーカス硬さを測定した結果を図1Bに示した。図1Bから明らかなように、相対的に第1領域11は軟質で、第2領域12は硬質となることが確認された。換言すると、硬さ(または組織)が十分に相違する部位が共存した熱間プレス成形品が得られた。
[試料の製造]
図2Aに示すような熱間プレス成形(第2パターン)を行った。以下に各工程の詳細を説明する。図2Aにも、各工程で生じる鋼板2の第1領域21と第2領域22の温度変化(熱履歴)を併せて示した。なお、第1実施例と同様な内容については、適宜、説明を省略または簡略した。
第1成形工程で所望形状に成形された鋼板2を金型から取り出して加熱炉(第2加熱炉)へ入れた。このときの炉内温度:550℃、保持時間:4分間とした。これにより第1成形工程(第1冷却工程)で冷却された鋼板2を全体的に再加熱した。これにより、第2領域22はAc1点未満の第2加熱温度(T2c)まで昇温する。一方、本工程前に第2領域22より低温状態にあった第1領域21も、当然、Ac1点未満の第1加熱温度(T1c)まで昇温する。もっとも、本工程では、鋼板2がさほど高温でない炉内に比較的長く保持されるため、第1領域21と第2領域22の各温度はほぼ等しくなる(T1c≒T2c)。なお、本実施例ではT1c(≒T2c)=550℃とした。
上述の成形品の各部のビーカス硬さを測定した結果を図2Bに示した。図2Bから明らかなように、第1実施例の場合とは逆に、第1領域21は硬質で第2領域22は軟質となることが確認された。具体的にいうと、第1領域21内における最大硬さ(Hh)は約360HV程度であり、第2領域11内における最小硬さ(Hs)は約220HV程度となった。これらから、両者の軟硬比(Hh/Hs)は約1.6程度であり、軟硬差は約140HV程度となった。このように本実施例でも、硬さ(または組織)が十分に相違する部位が共存した熱間プレス成形品が得られた。
11、21 第1領域
21、22 第2領域
Claims (5)
- 鋼板を加熱して該鋼板全体をオーステナイトにする第1加熱工程と、
該第1加熱工程後の鋼板の冷却速度を部分的に変えて該鋼板の一部である第1領域をマルテンサイトへ変態させると共に該鋼板の他部である第2領域をオーステナイトのままとする第1冷却工程と、
該鋼板全体を再加熱して該第1領域を焼戻しマルテンサイトにする第2加熱工程と、
該第2加熱工程後の鋼板全体を冷却する第2冷却工程とを備え、
前記第1冷却工程と前記第2冷却工程の少なくとも一方は、前記鋼板を成形型でプレス成形する成形工程中になされる熱間プレス成形方法。 - 前記第2加熱工程は、前記第1領域をオーステナイト変態開始温度(A1点)未満とする工程であり、
前記第2冷却工程は、該第2領域をマルテンサイトへ変態させる工程である請求項1に記載の熱間プレス成形方法。 - 前記第2加熱工程は、加熱開始から加熱完了までの加熱時間が10〜240秒間である請求項2に記載の熱間プレス成形方法。
- 前記第2加熱工程は、前記第1領域および前記第2領域をA1点未満として、該第2領域をフェライト、パーライトまたはベイナイトへ変態させる工程である請求項1に記載の熱間プレス成形方法。
- 前記第2加熱工程は、加熱開始から加熱完了までの加熱時間が1〜12分間である請求項4に記載の熱間プレス成形方法。
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