(57)【要約】  プレス成形品の製造方法は、鋼板加熱工程と、熱間鍛造工程と、ホットスタンピング工程と、を含む。鋼板加熱工程では、鋼板を９５０℃以上に加熱する。熱間鍛造工程では、加熱された鋼板を鍛造し、差厚鋼板を成形する。ホットスタンピング工程では、加熱された差厚鋼板を金型によってプレス加工してプレス成形品を成形し、成形されたプレス成形品を金型内で冷却する。これにより、高強度でしかも軽量化が可能なプレス成形品を製造できる。
2017200006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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。
【請求項８】
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９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板からなるプレス成形品の製造方法及び製造ラインに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車には、地球環境保全の観点から燃費の改善が求められ、更に衝突安全性の確保も求められる。そのため、自動車車体の高強度化及び軽量化が推進されている。このような背景により、車体を構成する骨格部品や足回り部品等（以下、「車体部品」ともいう）に、板厚の薄い高強度鋼板からなるプレス成形品が適用される傾向にある。プレス成形品の素材として用いられる鋼板の強度は、ますます高まっている。【０００３】
鋼板の強度が高いほど鋼板の変形能（プレス成形性）は低下する。そのため、高品質で高強度のプレス成形品を冷間プレス加工によって得ることは難しい。その対応策として、例えば特開２００４−３５３０２６号公報（特許文献１）に開示されるようなホットスタンピング（熱間プレス、ブレスクエンチングとも称される）が採用される傾向にある。ホットスタンピングでは、素材である鋼板を例えば９５０℃程度まで加熱した後にプレス装置に供給する。この鋼板を金型によってプレス加工すると同時に焼入れする。【０００４】
車体部品において、部品性能を確保しつつ更なる軽量化を図るためには、板厚の差厚化が有効である。ここでいう差厚化とは、部品性能を支配する部分と、部品性能への影響が少ない部分と、で板厚を変化させることである。従来、車体部品の差厚化を実現するために、プレス加工に供される鋼板として、テーラードブランクが用いられる。テーラードブランクは、差厚鋼板の一種であり、厚みの厚い部分（以下、「厚肉部分」ともいう）と厚みの薄い部分（以下、「薄肉部分」ともいう）とを有する。【０００５】
テーラードブランクは、例えば特開２００５−２０６０６１号公報（特許文献２）に開示されるようなテーラード溶接ブランク（以下、「ＴＷＢ」ともいう）と、例えば特開２００２−３１６２２９号公報（特許文献３）に開示されるようなテーラードロールドブランク（以下、「ＴＲＢ」ともいう）に大別される。ＴＷＢは、板厚等が異なる複数の鋼板を溶接によってつなぎ合わせたものである。一方、ＴＲＢは、鋼板を製造する際に対になる圧延ロールの間のギャップを調整することによって、板厚を変化させたものである。【０００６】
しかし、ＴＷＢ及びＴＲＢでは、厚肉部分と薄肉部分との板厚差はそれほど大きくはない。つまり、厚肉部分の板厚ｔ１と薄肉部分の板厚ｔ２との比「ｔ１／ｔ２」は、最大でも１．８程度に過ぎない。更に、ＴＷＢでは、溶接に起因する局部的な強度変化が起こることが否めない。ＴＲＢでは、厚肉部分及び薄肉部分の各領域の大きさがそれなりに大きくならざるを得ない。そのため、車体部品の設計自由度が低い。したがって、テーラードブランクを用いたプレス成形品の軽量化には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５３０２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０６０６１号公報
【特許文献３】特開２００２−３１６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の実情に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一つは、高強度でしかも軽量化が可能なプレス成形品をするための製造方法及び製造ラインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法は、鋼板加熱工程と、熱間鍛造工程と、ホットスタンピング工程と、を含む。鋼板加熱工程では、鋼板を９５０℃以上に加熱する。熱間鍛造工程では、プレス装置を用い、鋼板を鍛造し、差厚鋼板を成形する。ホットスタンピング工程では、上記のプレス装置と異なるプレス装置を用い、差厚鋼板を金型によってプレス加工してプレス成形品を成形し、成形されたプレス成形品を金型内で冷却する。【００１０】
本発明の実施形態によるプレス成形品の製造ラインは、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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法及び製造ラインによれば、高強度でしかも軽量化が可能なプレス成形品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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】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模式的に示す図である。
【図３】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４Ａ】図４Ａは、第１の具体例のホットスタンピングにおける初期の状態を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１の具体例のホットスタンピングにおける中期の状態を示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、第１の具体例のホットスタンピングにおける終期の状態を示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第２の具体例のホットスタンピングにおける初期の状態を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第２の具体例のホットスタンピングにおける中期の状態を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第２の具体例のホットスタンピングにおける終期の状態を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例の曲げ試験で用いた比較例の解析モデルを模式的に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施例の曲げ試験で用いた本発明例の解析モデルを模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、実施例の試験結果をまとめた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態によるプレス成形品の製造方法は、鋼板加熱工程と、熱間鍛造工程と、ホットスタンピング（以下、「ＨＳ」ともいう）工程と、を含む。鋼板加熱工程では、鋼板を９５０℃以上に加熱する。熱間鍛造工程では、プレス装置を用い、鋼板を鍛造し、差厚鋼板に成形する。ＨＳ工程では、上記のプレス装置と異なるプレス装置を用い、差厚鋼板を金型によってプレス加工してプレス成形品を成形し、当該プレス成形品を当該金型内で冷却する。
【００１４】
典型的な例では、本実施形態の製造方法は更に準備工程を含む。準備工程では、厚みが一定の鋼板を準備する。また、典型的な例では、本実施形態の製造方法は更に差厚鋼板加熱工程を含む。差厚鋼板加熱工程では、熱間鍛造工程の後、ＨＳ工程の前に、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。また、典型的な例では、本実施形態の製造方法は更に冷却工程を含む。冷却工程では、熱間鍛造工程の後、差厚鋼板加熱工程の前に、差厚鋼板を冷却する。ここでの差厚鋼板は、厚みの厚い部分と厚みの薄い部分とを有する。
【００１５】
このような製造方法によれば、熱間鍛造によって、厚みの厚い部分（厚肉部分）と厚みの薄い部分（薄肉部分）との板厚差の大きい差厚鋼板を成形できる。そして、ＨＳによって、その差厚鋼板にプレス加工及び焼入れを施し、これにより、各部の強度が高く、重量の軽いプレス成形品を得ることができる。したがって、本実施形態による製造方法によれば、高強度でしかも飛躍的に軽量化が可能なプレス成形品を製造できる。
【００１６】
プレス成形品は、例えば、自動車の車体部品に適用される。車体部品は、骨格部品（例：ピラー、サイドメンバー、サイドシル、クロスメンバー等）、足回り部品（例：トーコントロールリンク、サスペンションアーム等）、その他の補強部品（例：バンパービーム、ドアーインパクトビーム等）等である。
【００１７】
上記の製造方法による差厚鋼板において、厚みの厚い部分の板厚ｔ１と厚みの薄い部分の板厚ｔ２との比「ｔ１／ｔ２」（以下、「板厚比」ともいう）が１．８を超えることが可能になる。この場合、プレス成形品の重量を一層軽くすることが可能になる。板厚比「ｔ１／ｔ２」の上限は特に制限されない。ＨＳ工程でのプレス成形性及び焼入れの均一性を考慮すれば、板厚比「ｔ１／ｔ２」の上限は、３．５である。
【００１８】
上記の製造方法により、プレス成形品の引張強さを１３００ＭＰａ以上にすることが可能になる。この場合、プレス成形品の強度や重量（軽量化）といった点で部品性能が向上する。
【００１９】
上記の製造方法において、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、ことが好ましい。この鋼板は、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％含有してもよい。この場合、プレス成形品の引張強さを１３００ＭＰａ以上にすることができる。
【００２０】
本発明の実施形態によるプレス成形品の製造ラインは、鍛造用プレス装置と、ＨＳ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。本実施形態の製造ラインによれば、上記のプレス成形品を製造できる。
【００２１】
以下に、本発明のプレス成形品の製造方法及び製造ラインについて、その実施形態を詳述する。
【００２２】
［製造方法］
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。
【００２３】
本実施形態では、図２に示すように、断面形状がハット形のプレス成形品１を製造する場合を例示する。プレス成形品１は、天板部２と、二つの縦壁部３と、二つのフランジ部４と、二つの上側稜線部５と、二つの下側稜線部６と、を備える。上側稜線部５は天板部２と縦壁部３をつなぐ。下側稜線部６は縦壁部３とフランジ部４をつなぐ。
【００２４】
このようなハット形断面を有するプレス成形品１は、例えば車体部品のバンパービームに適用される。通常、バンパービームは、天板部２が車体の内側又は外側に向くように配置される。いずれの場合でも、衝突による荷重は縦壁部３を伝播する。バンパービームに求められる部品性能は、衝突荷重が負荷されたときに耐え得る最大荷重が高くて、吸収エネルギが大きいことである。このことから、バンパービームにおいて、部品性能を支配する部分は、縦壁部３、上側稜線部５及び下側稜線部６であり、部品性能への影響が少ない部分は天板部２及びフランジ部４である。そのため、天板部２及びフランジ部４の板厚は、縦壁部３、上側稜線部５及び下側稜線部６の板厚と比較し、薄くしても構わない。バンパービームの各部の強度が高くて、特に天板部２の板厚が薄くなれば、バンパービームは高強度でしかも軽くなる。図２に示すプレス成形品１では、天板部２の板厚が他の部分の板厚よりも著しく薄くなっている。
【００２５】
準備工程（ステップ＃５）では、プレス成形品１の素材として、鋼板１０を準備する。鋼板１０は、厚みが一定の熱間圧延鋼板、冷間圧延鋼板等から切り出されたものである。厚みが一定の熱延鋼板、冷延鋼板とは通常の熱延鋼板、冷延鋼板を意味し、圧延後のコイルの状態で鋼帯の幅方向中央と端部から２５ｍｍとの板厚差は０．２ｍｍ以下である。熱延鋼板、冷延鋼板から切り出された鋼板１０（ブランク）内での板厚変動は当然０．２ｍｍ以下である。鋼板１０の厚みは、２．０〜６．０ｍｍ程度である。図２には、ハット形断面を有するプレス成形品１の形状に対応するように、矩形状に切り出された鋼板１０を例示する。
【００２６】
第１の加熱工程（ステップ＃１０）では、鋼板１０を第１の加熱炉２０に入れ、９５０℃以上に加熱する。次の工程で鋼板１０を熱間鍛造するためである。好ましくは、鋼板１０の加熱温度は１０００℃以上である。加熱温度の上限は、鋼板１０の鋼材料の融点以下である限り、特に限定しない。好ましくは、鋼板１０の加熱温度は１３５０℃以下である。
【００２７】
熱間鍛造工程（ステップ＃１５）では、加熱された鋼板１０を第１の加熱炉２０から取り出し、その鋼板１０を鍛造用プレス装置２１に供給し、鍛造を実施する。鍛造では、上下で対になる金型２１ａ、２１ｂを用いる。金型２１ａ、２１ｂによって、鋼板１０の一部の領域を厚み方向に繰り返し圧下する。その圧下領域は、鋼板１０の全域であっても構わない。鍛造は、型鍛造であってもよいし、自由鍛造であってもよい。
【００２８】
熱間鍛造により、鋼板１０を差厚鋼板１１に成形する。差厚鋼板１１は、厚肉部分１２と薄肉部分１３とを有する。繰り返し圧下を加える熱間鍛造によって厚肉部分１２と薄肉部分１３が成形されるため、厚肉部分１２と薄肉部分１３との板厚差を大きくすることができる。つまり、厚肉部分１２の板厚ｔ１と薄肉部分１３の板厚ｔ２との板厚比「ｔ１／ｔ２」が１．８を超えることも可能である。ＴＷＢ、ＴＲＢ等のテーラードブランクでは、そのような大きな板厚比を実現することは困難である。図２には、厚肉部分１２と薄肉部分１３との板厚比「ｔ１／ｔ２」が１．８以上であり、薄肉部分１３が幅方向の中央部に長手方向に沿って形成された差厚鋼板１１を例示する。
【００２９】
また、自由に設計できる金型２１ａ、２１ｂの形状に基づいて厚肉部分１２と薄肉部分１３が成形されるため、厚肉部分１２及び薄肉部分１３の各領域の大きさは制限されない。ＴＲＢでは、それらの各領域の大きさはある程度大きいものに制限される。更に、厚肉部分１２と薄肉部分１３の全域にわたって鍛流線が連続するため、厚肉部分１２と薄肉部分１３の境界で強度の低下は起こらない。これは、ＴＷＢではあり得ない。また、熱間鍛造によって差厚鋼板１１が成形されるため、差厚鋼板１１の内部組織、特に圧下量の大きい薄肉部分１３の内部組織は、緻密で均質になる。
【００３０】
なお、鍛造中、所望する差厚鋼板１１の形状寸法が得られる前に、鋼板１０の温度が所定温度（例：９５０℃）を下回った場合は、第１の加熱工程に戻って鋼板１０を所定温度以上に加熱すればよい。そして、再び熱間鍛造工程に移行すればよい。
【００３１】
熱間鍛造後、差厚鋼板１１をＡc3変態点よりも低い温度まで冷却することが望ましい。冷却を実施した場合、冷却を実施しなかった場合に比べ最終製品（プレス成形品）の靭性が優れる、という利点があるからである。この場合、差厚鋼板１１を室温まで冷却してもよい。この冷却は、空冷であってもよいし、水冷等の急冷であってもよい。
【００３２】
次に、第２の加熱工程（ステップ＃２０）では、差厚鋼板１１を第２の加熱炉２２に入れ、Ａc3変態点以上、「Ａc3変態点＋１５０℃」以下の温度に加熱する。次の工程で差厚鋼板１１にＨＳ（プレス加工及び焼入れ）を実施するためである。第２の加熱工程を経ることにより、差厚鋼板１１の内部組織はオーステナイトとなる。第２の加熱炉２２は、第２の加熱工程に専用であってもよいし、第１の加熱工程で用いられる第１の加熱炉２０を共用してもよい。ただし、第２の加熱工程は必ずしも必要ではない。例えば、熱間鍛造後に冷却を実施することなく、差厚鋼板１１の温度がＡc3変態点以上、「Ａc3変態点＋１５０℃」以下に確保されている場合、第２の加熱工程は省略できる。もっとも、熱間鍛造後に冷却を実施した場合、第２の加熱工程は必要である。熱間鍛造後に冷却を実施しなかった場合であっても、第２の加熱工程を経ることが好ましい。熱間鍛造後の差厚鋼板１１の温度は不均一であったり、Ａc3変態点未満に低下したりしていることが多いからである。次のＨＳ工程に供給される差厚鋼板１１の温度が不均一であったり、Ａc3変態点未満であったりすると、焼入れ不良が発生したり、最終製品に所望の強度が得られない箇所が発生するおそれがある。
【００３３】
ＨＳ工程（ステップ＃２５）では、Ａc3変態点以上、「Ａc3変態点＋１５０℃」以下の差厚鋼板１１をホットスタンピング用プレス装置２３に送り、ＨＳを実施する。差厚鋼板１１をＡc3変態点以上、「Ａc3変態点＋１５０℃」以下にするために、例えば第２の加熱炉２２で差厚鋼板１１を加熱すればよい。ホットスタンピング用プレス装置２３は鍛造用プレス装置２１と異なる。ＨＳでは、上下で対になる金型（例：ダイ及びパンチ）２３ａ、２３ｂを用いる。金型２３ａ、２３ｂによって、差厚鋼板１１をプレス加工してプレス成形品１を成形し、成形されたプレス成形品１を金型２３ａ、２３ｂ内で冷却する。金型２３ａ、２３ｂ内でのプレス成形品１の冷却は急冷である。急冷とはマルテンサイトあるいはベイナイトに変態させる冷却速度の冷却を意味する。このＨＳ工程の後に更なる別のＨＳ工程を実施する場合、ベイナイト主体の組織を許容する。この冷却は、金型２３ａ、２３ｂの内部に冷却水を循環させ、この金型２３ａ、２３ｂとプレス成形品１との熱交換によって行う。その他に、金型２３ａ、２３ｂによるプレス完了時に、プレス成形品１に冷却水を金型２３ａ、２３ｂから直接噴射することによって冷却を行ってもよい。
【００３４】
ＨＳ工程におけるプレス加工により、所望する寸法形状のプレス成形品１が成形される。その際、図２に示す例では、差厚鋼板１１の薄肉部分１３が、プレス成形品１の天板部２に成形される。差厚鋼板１１の厚肉部分１２が、プレス成形品１の上側稜線部５、縦壁部３、下側稜線部６、及びフランジ部４に成形される。更に、ＨＳ工程における冷却により、プレス成形品１が焼入れされる。焼入れによって、プレス成形品１の内部組織がオーステナイトからマルテンサイト等の硬質相に変態し、マルテンサイト組織（ベイナイト組織を含む）となる。厳密には、プレス成形品１の内部組織において、マルテンサイト組織の体積分率が８０％以上である。これにより、図２に示すように、天板部２の板厚が他の部分の板厚よりも薄いプレス成形品１が得られる。
【００３５】
このようにして成形されたプレス成形品１は全域にわたってマルテンサイト組織を有するため、各部の強度が高い。例えば、素材として用いる鋼板１０の化学組成を調整すれば、プレス成形品１の引張強さは１３００ＭＰａ以上になる。また、熱間鍛造により緻密な内部組織を有する差厚鋼板１１が成形される。プレス成形品１はその差厚鋼板１１から成形されたものであるため、プレス成形品１の靭性は高い。鍛造により、マルテンサイトの源であるオーステナイトの粒径（γ粒径）の粗大化が抑制されるからである。また、熱間鍛造により板厚比の大きい差厚鋼板１１が成形される。プレス成形品１はその差厚鋼板１１から成形されたものであるため、プレス成形品１の重さは軽くなる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、高強度でしかも軽量化が可能なプレス成形品１を製造できる。
【００３６】
以下に、本実施形態の製造方法で素材とされる鋼板の化学組成の一例を示す。ここで示す本実施形態による鋼板は、焼入れ後の引張強さが１３００ＭＰａ以上となるものである。この鋼板の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００３７】
Ｃ：０．１５〜０．６０％
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。
【００３８】
Ｓｉ：０．００１〜２．０％
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。
【００３９】
Ｍｎ：０．５〜３．０％
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。
【００４０】
Ｐ：０．０５％以下
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。
【００４１】
Ｓ：０．０１％以下
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。
【００４２】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜１．０％
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。
【００４３】
Ｎ：０．０１％以下
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。
【００４４】
Ｂ：０．０１％以下
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。
【００４５】
本実施形態による鋼板の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境等から混入されるものであって、本実施形態の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。
【００４６】
上記の鋼板は、更に、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％含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼の焼入れ性を高め、焼入れ後の鋼の靭性又は強度を安定させる。これらの任意元素を含有させる場合、任意元素の含有量が低すぎれば、上記の効果が有効に発現しない。したがって、任意元素の合計含有量の下限は０．０３％である。一方、任意元素の含有量が高すぎても、上記の効果は飽和する。したがって、任意元素の合計含有量の上限は１．０％である。
【００４７】
本実施形態による鋼板のＡc3変態点は、例えば下記の式（１）によって算出される。
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。
【００４８】
［製造ライン］
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。
【００４９】
［鍛造用プレス装置］
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。
【００５０】
［ホットスタンピング用プレス装置］
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。
【００５１】
ここで、ＨＳによって、厚肉部分と薄肉部分とを含む差厚鋼板から、所望の強度を有するプレス成形品を得るためには、Ａc3変態点以上で成形されたプレス成形品の冷却速度と冷却終点温度を適切に制御することが望ましい。プレス成形品において、厚肉部分は薄肉部分よりも冷却されにくい。厚肉部分の熱容量は薄肉部分に比べて大きいからである。そのため、厚肉部分には薄肉部分よりも強冷却を施すことが望ましい。
【００５２】
厚肉部分において、狙いの冷却速度が与えられなければ、所望の硬質な金属組織の生成が不十分となる。この場合、プレス成形品において、金属組織が不均一になり、強度も不均一になる。更に、金属組織の差から生じる熱収縮の差及び相変態ひずみの差によって、狙い形状寸法精度を得ることが困難となる。また、厚肉部分と薄肉部分との境界部が厚肉部分及び薄肉部分よりも早い速度で冷却されれば、境界部の強度が他の部分よりも高くなる。この場合、プレス成形品に衝突荷重が与えられたとき、２次変形によって境界部が破断するおそれがある。
【００５３】
このようにＨＳの際に厚肉部分の冷却を強化することが望ましい。このような状況に対応可能なＨＳ用プレス装置の例を以下に示す。
【００５４】
図４Ａ〜図４Ｃは、ＨＳ用プレス装置の第１の具体例を示す断面図である。図４Ａは加工初期の状態を示し、図４Ｂは加工中期の状態を示し、図４Ｃは加工終期の状態を示す。このＨＳ用プレス装置３０は、上型３１及び下型３２を備える。上型３１は、厚肉部分１２に対応する第１の面３１ａと、薄肉部分１３に対応する第２の面３１ｂと、を含む。上型３１における第１の面３１ａと第２の面３１ｂの段差の高さｈ２は、差厚鋼板１１における厚肉部分１２と薄肉部分１３の段差の高さｈ１よりも小さい。上型３１は、上型ホルダ（図示省略）に支持される。上型３１の内部には冷却水が循環するようになっている。
【００５５】
図４Ａを参照し、厚肉部分１２と薄肉部分１３とを含む高温の差厚鋼板１１が下型３２の上に置かれる。図４Ｂを参照し、上型ホルダが下降すると、先ず、上型３１における第１の面３１ａが差厚鋼板１１の厚肉部分１２と接触する。更に上型ホルダが下降すると、第１の面３１ａによって厚肉部分１２が加工される。
【００５６】
更に上型ホルダが下降すると、図４Ｃに示すように、上型３１における第２の面３１ｂが差厚鋼板１１の薄肉部分１３と接触する。更に上型ホルダが下死点まで下降すると、第２の面３１ｂによって薄肉部分１３が加工される。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｃは、ＨＳ用プレス装置の第２の具体例を示す断面図である。図５Ａは加工初期の状態を示し、図５Ｂは加工中期の状態を示し、図５Ｃは加工終期の状態を示す。このＨＳ用プレス装置４０は、第１の上型４１、第２の上型４２及び下型４３を備える。第１の上型４１は厚肉部分１２に対応する位置に配置される。第２の上型４２は薄肉部分１３に対応する位置に配置される。第１の上型４１は、第１の加圧部材４５を介して、上型ホルダ４４に支持される。第２の上型４２は、第２の加圧部材４６を介して、上型ホルダ４４に支持される。第１及び第２の加圧部材４５及び４６は油圧シリンダやバネ等である。第１及び第２の上型４１及び４２の内部には冷却水が循環するようになっている。
【００５８】
図５Ａを参照し、厚肉部分１２と薄肉部分１３とを含む高温の差厚鋼板１１が下型４３の上に置かれる。図５Ｂを参照し、上型ホルダ４４が下降すると、先ず、第１の上型４１が差厚鋼板１１の厚肉部分１２と接触する。更に上型ホルダ４４が下降すると、第１の加圧部材４５が第１の上型４１に圧力を与えながら縮み、第１の上型４１によって厚肉部分１２が加工される。
【００５９】
更に上型ホルダ４４が下降すると、図５Ｃに示すように、第２の上型４２が差厚鋼板１１の薄肉部分１３と接触する。更に上型ホルダ４４が下死点まで下降すると、第２の加圧部材４６が第２の上型４２に圧力を与えながら縮み、第２の上型４２によって薄肉部分１３が加工される。
【００６０】
第１の具体例及び第２の具体例のいずれでも、ＨＳの際に、厚肉部分１２の加工が薄肉部分１３の加工に先行する。そのため、厚肉部分１２の冷却が薄肉部分１３の冷却に先行する。その結果、厚肉部分１２の冷却を強化することが可能となる。
【００６１】
［加熱炉］
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。
【００６２】
［マニピュレータ］
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。
【００６３】
マニピュレータ５０が行う搬送は次のとおりである。
・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
【００６４】
製造ラインは、一つのマニピュレータ５０を備え、そのマニピュレータ５０に全ての搬送を担わせてもよい。また、製造ラインは、複数のマニピュレータ５０を備え、各マニピュレータ５０に搬送を割り振ってもよい。マニピュレータ５０の可動範囲は、各装置２１、２３及び２０における搬送先と搬送元が入るように設定される。
【００６５】
［制御装置］
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。
【００６６】
制御装置５１は、加熱炉２０の扉の開閉とマニピュレータ５０の動作を制御するための信号を出力する。加熱炉２０の内部には複数の鋼板（ブランク）又は差厚鋼板が格納される。加熱炉２０における各鋼板類の格納状況は制御装置５１のメモリに記録される。制御装置５１により、加熱炉２０の炉内温度と各鋼板類の在炉時間に基づき、加熱炉２０からの鋼板類の取出可否が判定される。制御装置５１は、例えば次の機能を備える。
・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
【００６７】
これらの機能を実行するため、制御装置５１には、鍛造用プレス装置２１及びＨＳ用プレス装置２３から加工準備完了及び加工完了等の信号が入力される。マニピュレータ５０の動作制御は、マニピュレータ５０の位置を時々刻々と制御してもよい。また、マニピュレータ５０の動作制御は、制御装置５１からの信号出力によりマニピュレータ５０が所定の動作をするものでもよい。また、制御装置５１は、加熱炉２０からのブランクの取出温度を気温に応じて変える機能を備えてもよい。制御装置５１は、加熱炉２０から鍛造用プレス装置２１及びＨＳ用プレス装置２３への搬送時間を気温に応じて変える機能を備えてもよい。
【実施例】
【００６８】
本実施形態のプレス成形品の製造方法による効果を確認するため、下記の数値解析試験を実施した。具体的には、バンパービームを想定したハット形断面を有する２種類の解析モデルを製作した。そして、各モデルについて、３点曲げ圧壊試験を模擬した数値解析を実施した。一般に、３点曲げ圧壊試験はバンパービームの性能評価に用いられる。【００６９】
［試験条件］
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。【００７０】
引張強さは、モデルＡ及びＢのいずれも１３００ＭＰａとした。モデルＡ及びＢのいずれにおいても、フランジ部４に共通のクロージングプレート（図示省略）を接合し、クロージングプレートによってフランジ部４同士の間を閉ざした。【００７１】
各モデルＡ及びＢをクロージングプレート側から２点支持した。各モデルＡ及びＢの支持点間隔は８００ｍｍとした。各モデルＡ及びＢの支持点の中央に、天板部２側からインパクタを衝突させ、各モデルＡ及びＢを圧壊した。インパクタの先端部の曲率半径は１５０ｍｍであった。インパクタの衝突速度は９ｋｍ／ｈであった。【００７２】
［試験結果］
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。【００７３】
インパクタのストロークに応じた荷重の分布は、比較例のモデルＡと本発明例のモデルＢとでほとんど変わらない。つまり、衝突荷重が負荷されたときの最大荷重及び吸収エネルギは、比較例のモデルＡと本発明例のモデルＢとで同程度である。それにもかかわらず、重量は本発明例のモデルＢのほうが軽い。このことから、天板部２の板厚は部品性能への影響が少なく、天板部２の板厚を薄くすることにより、部品性能を確保したまま、重量を軽くできることがわかった。【００７４】
その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のプレス成形品の製造方法は、高強度化が求められる自動車用のプレス成形品の製造に有効に利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１  プレス成形品
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
【図１】
2017200006.tif 000003
【図２】
2017200006.tif 000004
【図３】
2017200006.tif 000005
【図４Ａ】
2017200006.tif 000006
【図４Ｂ】
2017200006.tif 000007
【図４Ｃ】
2017200006.tif 000008
【図５Ａ】
2017200006.tif 000009
【図５Ｂ】
2017200006.tif 000010
【図５Ｃ】
2017200006.tif 000011
【図６Ａ】
2017200006.tif 000012
【図６Ｂ】
2017200006.tif 000013
【図７】
2017200006.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月29日(2017.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記差厚鋼板を冷却する冷却工程と、
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２】
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３】
請求項１又は２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４】
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５】
請求項４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。
【請求項６】
水冷装置を備えた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７】
請求項６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。
【国際調査報告】
2017200006.tif 000015
2017200006.tif 000016
2017200006.tif 000017
2017200006.tif 000018