(57)【要約】  【課題】  本発明は，自動車の補強部品，足廻り部品など高強度，高靭性，高疲労強度を要求される部品を製造するためのホットプレス成形方法を提供することを目的とする。  【解決手段】  鋼板をＡＣ３変態点以上の温度に加熱し，４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い，４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持し，５５０℃以上５９０℃以下の温度に加熱して軟窒化処理を行い，続いて室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却することを特徴とする靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板をＡＣ３変態点以上の温度に加熱し，４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い，４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持し，５５０℃以上５９０℃以下の温度に加熱して軟窒化処理を行い，続いて室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。
【請求項２】
前記鋼板が亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板または亜鉛−アルミ合金めっき鋼板であることを特徴とする請求項１記載のホットプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，自動車の補強部品，足廻り部品など高強度，高靭性，高疲労強度を要求される部品を製造するためのホットプレス成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，環境問題への対応のため炭酸ガス排出低減や燃費低減を目的に自動車の軽量化が望まれている。自動車の軽量化のためには鋼材の高強度化が有効な手段であるが，一般に鋼材を高強度化するほど成形性が劣化し，成形時の割れが問題となる。また，鋼材を高強度化するほど成形後のスプリングバック量が増大し，形状凍結性の劣化も大きな問題となっている。
【０００３】
このような問題点を解決する方法として，最近注目されているのがホットプレス成形方法である。これは，鋼板をＡＣ３変態点以上に加熱し，オーステナイト単相状態でプレス成形し，金型への抜熱を利用して急冷して焼き入れることで，高強度で寸法精度の良好な成形品を製造するものである。例えば、特許文献１に９５０℃に加熱した後、プレス成形し、鋼板の焼入れ性に応じた時間、下死点保持する方法が開示されている。
【０００４】
しかし，大気中で高温加熱するので表面に酸化物が生成するため後工程でこれを除去する必要があり生産性を低下させるという問題があった。たとえ鋼板を非酸化性雰囲気で加熱しても加熱炉から取り出してプレス機にセットする間に表面に酸化物が生成するため同様の問題があった。
【０００５】
このような問題を解決する手段として，特許文献２には亜鉛、亜鉛ベース合金化合物、亜鉛−鉄ベース合金化合物または亜鉛−鉄−アルミニウムベース合金化合物で表面を被覆する技術が提案されている。
【０００６】
これらの技術により，酸化物に関する問題は改善されつつある。
【０００７】
一方,従来のホットプレス成形方法ではホットプレス成形品の組織はマルテンサイト組織主体であり, Ｃなど合金元素の含有量を高くして高強度化すると靭性が低下するという問題があった。靭性を改善するためには後工程で焼戻し処理を行えばよいがコスト増になるという問題がある。また，ホットプレスを自動車用足廻り部品に適用しようとする場合には疲労強度が重要となるが，ホットプレス成形品の疲労特性を改善する技術はこれまでほとんど提案されていない。
【０００８】
また、ホットプレス以外に金属板を８０〜６００℃に加熱した後、プレス成形を行い、寸法精度の良い製品を得る温間プレス成形方法が特許文献３に開示されているが、靭性、疲労強度については何れも記載されていない。
【０００９】
以上のように，従来の技術では，高強度で靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品を製造することは困難であった。
【特許文献１】特開２００２−２４８５２５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５３５４８号公報
【特許文献３】特開２００２−１４３９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記したような問題点を解決しようとするものであって，高強度で靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、成分の異なる種々の素材について，ホットプレス成形後の成形品の靭性と疲労特性を改善するための方法について成分と製造法の両面から研究を重ねた。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいて構成したものであり，その要旨は，
（１）鋼板をＡＣ３変態点以上の温度に加熱し，４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い，４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持し，５５０℃以上６００℃以下の温度に加熱して軟窒化処理を行い，続いて室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却することを特徴とするホットプレス成形方法。  
（２）鋼板が亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板または亜鉛−アルミ合金めっき鋼板であることを特徴とする前記（１）記載のホットプレス成形方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，高強度で靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品ホットプレス成形品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に，本発明における各要件の意義及び限定理由について具体的に説明する。
【００１５】
まずホットプレス成形方法の限定理由について述べる。
本発明の靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品の製造方法においては，鋼板をＡＣ３変態点以上の温度に加熱し，４００℃以上５５０℃以下の温度に加熱した金型でプレス成形を行い，４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持し，５５０℃以上５９０℃以下の温度に加熱して軟窒化処理を行い，続いて室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却する。
【００１６】
鋼板の加熱温度がＡＣ３変態点未満であれば焼き入れ前の組織がオーステナイトとフェライトの二層組織となるため焼き入れ後にベイナイト主体の組織とすることができず高強度と高靭性を同時に確保することが困難となるため，鋼板の加熱温度はＡＣ３変態点以上とした。
【００１７】
プレス成形前の金型温度が４００℃未満であればベイナイト変態が十分に進まずプレス後の冷却過程でマルテンサイトが生成され靭性が劣化する。一方，金型温度が５５０℃超であればフェライト変態が進行して十分な強度が得られない。従って，金型温度は４００℃以上５５０℃以下の温度に制限した。
【００１８】
プレス成形後，ベイナイト変態を十分に進めるために４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持する。より望ましくは１０秒以上保持する。保持温度を４００℃以上５５０℃以下とするのは金型温度を同じ温度に制限したのと同じ理由である。
【００１９】
保持温度を５秒以上としたのはベイナイト変態を十分に進行させてベイナイト主体の組織とするためである。より望ましくは１０秒以上保持する。なお，４００℃以上５５０℃以下の温度で保持する方法についてはプレス後に金型内で保持したり，炉に挿入する方法や保熱カバーで覆う方法など特に規定するものではない。
【００２０】
４００℃以上５５０℃以下の温度範囲に５秒以上保持した後，５５０℃以上５９０℃以下の温度に加熱して軟窒化処理を行い，続いて室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却する。軟窒化を行う方法は塩浴軟窒化法やガス軟窒化法など通常の軟窒化法を用いればよい。
【００２１】
塩浴軟窒化を行う場合の塩浴は、シアン酸塩を主成分とする塩浴など通常使用されるものを用いればよい。ガス軟窒化を行う場合のガスには、ＲＸガス（CO：20質量％＋H2：40質量％＋N2：40質量％組成のガス）とアンモニアガスを混合（1：1）したガスなど通常使用されるものを用いればよい。軟窒化処理を行うと表層部には１０〜２０μｍ程度の窒化物層とその内部（窒化物層の内側）に０．８ｍｍ程度の窒素の拡散層が形成される。内部の拡散層は窒素をフェライト中に過飽和に固溶させることにより圧縮残留応力が発生するため疲労強度の向上に有効である。
【００２２】
軟窒化処理温度が５５０℃未満であれば窒素の拡散十分には進まず，一方５９０℃を超えるとオーステナイトへの変態が生るため軟窒化の効果が十分には得られなくなる。従って,軟窒化処理温度は５５０℃以上５９０℃以下の温度にする。軟窒化処理後の冷却速度が２０℃／秒未満であると内部の窒素拡散層で過飽和に固溶した窒素が窒化鉄として析出してしまうため圧縮残留応力が減少してしまい疲労特性が低下するので，室温まで２０℃／秒以上の速度で冷却する。上限は特に規定する必要はない。なお、室温とは、０℃〜４０℃を意味する。
【００２３】
次に本発明におけるホットプレス成形品の組織形態について述べる。
本発明の靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品の組織形態は、ベイナイトの含有率を面積率にて７０％以上とすることが望ましい。ベイナイトの含有率が面積率にて７０％未満であると，残部がフェライト主体に場合には十分な強度が得られず，残部がマルテンサイト主体の場合には十分な靭性が得られないためである。
【００２４】
また，面積率でマルテンサイト，焼戻しマルテンサイト，残留オーステナイト，フェライト，パーライトの１種又は２種以上が面積率で３０％未満存在していても何ら差し支えがない。
【００２５】
尚、本発明において、マルテンサイト，焼戻しマルテンサイト，ベイナイト，フェライト，残留オーステナイト，パーライトの各組織の面積率は鋼板のＣ断面（幅方向断面）ｔ／４部（ｔは板厚）を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡により２００〜１０００倍で１０視野観察した場合の平均値と定義する。
【００２６】
次に，本発明におけるホットプレス成形品の素材鋼板について説明する。
本発明のホットプレス成形品の素材鋼板は熱延鋼板、冷延鋼板のほかに、亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板または亜鉛−アルミ合金めっき鋼板であってもよい。さらに，亜鉛めっきを合金化処理してもまったく問題ない。これらの表面処理鋼板を用いることで大気中での高温加熱時に酸化物の生成を抑制でき酸化物を除去するためのショットブラストなどの後工程を省略できるとともに，ホットプレス後の成形品はそのままで良好な耐食性を発揮できるので好適である。
【００２７】
素材鋼板の成分については特に規制するものではないが，高強度で靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品用の素材鋼板としては強度確保のためにＣ含有量を０．２質量％以上とすることが望ましい。
【００２８】
また，焼き入れ性を確保するために，Ｓｉ：３．０質量％以下，Ｍｎ：０．０１〜３．０質量％，Ｃｒ：０．０５〜３．０質量％，Ｍｏ：０．１〜３．０質量％，Ｎｉ：０．０５〜５．０質量％，Ｂ：０．０００３〜０．０５質量％の１種または２種以上を含有することが望ましい。また，Ｐ，Ｓは靭性を低減するのでＰ：０．０２質量％以下，Ｓ：０．０２質量％以下とすることが望ましい。
【００２９】
また，所望の強度レベルやその他の必要特性に応じて，Ｔｉ：０．００５〜０．３質量％，Ｎｂ：０．００５〜０．３質量％，Ｖ：０．０２〜０．５質量％，Ａｌ：０．００５〜０．１質量％，Ｎ：０．００１〜０．０５質量％，Ｃｕ：０．０５〜２．０質量％，Ｗ：０．０５〜３．０質量％，Ｃａ：０．００１〜０．０１質量％，Ｍｇ：０．０００５〜０．０１質量％，Ｚｒ：０．００１〜０．０５質量％，ＲＥＭ：０．００１〜０．０５質量％の１種または２種以上を含有してもよい。
【００３０】
次に特性値について述べる。本発明における靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品の引張強度は高強度を要求される自動車の補強部品，足廻り部品として必要な特性を考慮して、延性脆性遷移温度（ｖＴｒｓ）−４０℃以下、引張強さ１０００ＭＰａ以上とすることが望ましい。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明の効果をさらに具体的に説明する。
表１に示す組成を有する鋼Ａを，熱間圧延し，板厚３．０ｍｍの熱延鋼板を作製した。
表１にはＡＣ３変態点及びＭｓ点（マルテンサイト変態開始点）も合わせて示す。また，この熱延鋼板の一部に亜鉛めっきを行い鋼Ｂとした。亜鉛めっきの付着量は４５ｇ／ｍ２とした。
【表１】
2006224162.tif 000002
【００３２】
これらの鋼板Ａ及びＢを表２に示す条件でホットプレス成形してハット形状に曲げ成形し，さらに軟窒化処理を行った。
【表２】
2006224162.tif 000003
【００３３】
ここで，ブランク形状は幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍとし，パンチ型半径＝５ｍｍ，ダイ型半径＝５ｍｍとした。
【００３４】
軟窒化処理は塩浴軟窒化処理で行った。成形後，プレス成形品の靭性をシャルピー試験により調べた。シャルピー試験は２．５ｍｍ厚のサブサイズのサンプルを作製して試験を行い、延性脆性遷移温度を測定した。
【００３５】
また，プレス成形品のビッカース硬度を調べ，引張強度に換算した。また，プレス成型品の疲労特性を評価した。疲労特性は両振り平面曲げでの疲労試験を行い１０７回での疲労限を同定し疲労強度比（疲労限／引張強度）を求めた。
【００３６】
なお、疲労試験はＪＩＳ Ｚ ２２７５記載の方法により実施した。さらに，光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡により組織観察を行い，各組織の面積率を測定した。試験結果を表２に合わせて示す。本発明例（Ｎｏ.１，４）ではそれぞれ、ベイナイトの含有率が面積率にて９２％、９０％でともに７０％以上であり，引張強度１０２６ＭＰａ及び１０１３ＭＰａ（換算値）に対して延性脆性遷移温度はともに−５０℃と良好な値が得られている。
【００３７】
また，疲労強度比はともに０．６と高い値が得られている。一方，金型温度が４００℃未満である比較例（Ｎｏ.２）ではマルテンサイトの面積率が高くなっている（８８％）ため引張強度は１４５７ＭＰａと高い値が得られているが延性脆性遷移温度は１０℃となっており靭性が低く，疲労強度比も０．４５と低い値となっている。
【００３８】
また，金型温度が５５０℃超（６５０℃）である比較例（Ｎｏ．３）ではフェライトの面積率が高くなっている（６５％）ため引張強度が６６３ＭＰａと低く，必要な強度が得られていない。
【００３９】
以上より，本発明で示した条件で製造することにより，高強度で靭性及び疲労特性に優れたホットプレス成形品が得られることが明らかである。