(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張り強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板を用いて冷間成形する工程と、
冷間成形後の成形部材において、少なくとも表層の残留応力が５００ＭＰａ以上となる箇所にショットピーニング処理を施す工程と、を含み、前記ショットピーニング処理において、投射材の投射速度が６０ｍ／ｓ以上、投射材の粒径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下で投射材の硬度がＨｖで５００以上であり、前記ショットピーニング処理後において、前記箇所の表層の残留応力が−６５０ＭＰａ以上−４１０ＭＰａ以下である成形部材の製造方法。
【請求項２】
前記ショットピーニング処理した領域におけるカバー率が３０％以上である請求項２に記載の成形部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐遅れ破壊特性に優れた成形部材の製造方法に関する。本発明は、自動車骨格部材、補強部材等の製造に好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の見地から、自動車の燃費向上が重要な課題となっている。このため、車体材料の薄肉化により車体そのものを軽量化しようとする動きが活発となってきている。一方、車両衝突時の乗員保護の観点からは、高強度化による自動車車体の安全性向上も要求されている。自動車車体の軽量化と強化を同時に満足させるためには、部品素材を高強度化かつ薄肉化することが有効であり、最近では引張強さ（ＴＳ）が１１８０ＭＰａ以上の高強度の薄鋼板（以下、薄鋼板を単に鋼板とも称する）が自動車骨格部材、補強部材等に使用され始めている。
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に記載されているように、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板は、低強度の鋼板に比べ、自動車の製造時や使用時に鋼板から成形した部材に侵入する水素に起因して遅れ破壊が生じる可能性が高くなる。このため、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の適用は限定的となっている。
【０００４】
また、自動車部材は、通常、プレス成形により目的の形状に加工して使用される。遅れ破壊は上記のプレス成形により加工を受けて加工部の表層の残留応力が高い引張り応力となっている部分で生じることが多く、このような高い引張りの応力が残留している部分での遅れ破壊の抑制が重要となっている。
【０００５】
耐遅れ破壊特性に優れる自動車部材用高強度薄鋼板の製造として、従来、特許文献１〜５に記載の技術がある。
【０００６】
特許文献１〜３では、ＣａやＭｇ、Ｍｏ、Ｖなどの元素を添加することで、耐遅れ破壊特性を向上させている。また、特許文献４、５では、鋼組織を限定することで耐遅れ破壊特性を向上させようとしている。
【０００７】
また、特許文献６では高強度機械構造用鋼にショットピーニング処理を行うことにより耐遅れ破壊特性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６６０３５号公報
【特許文献２】特開２００４−３５９９７４号公報
【特許文献３】特許第３４０６０９４号公報
【特許文献４】特許第３４２４６１９号公報
【特許文献５】特開２００５−２２０４４０号公報
【特許文献６】特開平７−２９２４３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】吉野、田路、高木、長谷川：鉄と鋼，Ｖｏｌ．９９，（２０１３），ｐ３０２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３はいずれも耐遅れ破壊特性を向上させるためにＣａやＭｇ、Ｍｏ、Ｖなどの特殊な元素の添加を必須としている。このため、鋼板製造コストが増大するという課題がある。また、特許文献４および５は、鋼組織を限定する必要があり、汎用的な耐遅れ破壊特性の改善には至っていない。また、特許文献１〜５に開示されるように、素材である鋼板の成分や組織を工夫するのではなく、他の着眼点に基づく耐遅れ破壊特性の向上手法が求められている。
【００１１】
また、特許文献６で開示された技術は鋼素材にショットピーニング処理を施すことにより水素の侵入を抑制し耐遅れ破壊特性を向上させる技術であるが、薄鋼板を用いた成形部材のように冷間成形が加えられる場合は素材鋼板にショットピーニング処理を施しても部材での耐遅れ破壊特性の向上にはつながらない。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。冷間成形の素材となる高強度鋼板の成分や組織に厳しい制約をすることなく、耐遅れ破壊特性に優れる成形部材の製造方法を提供することを本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた。その結果、冷間成形部材にショットピーニング処理を施し、成形部材表層の引張りの残留応力を低減することで冷間成形部材の耐遅れ破壊が顕著に抑制されるという知見を得るに至った。この知見に基づきさらに検討を重ねて、本発明者らは本発明を完成するに至った。本発明の要旨は以下の通りである。
【００１４】
［１］引張り強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板を用いて冷間成形する工程と、冷間成形後の成形部材において、少なくとも表層の残留応力が５００ＭＰａ以上となる箇所にショットピーニング処理を施す工程と、を含む成形部材の製造方法。
【００１５】
［２］前記ショットピーニング処理において、投射材の投射速度が５０ｍ／ｓ以上、投射材の粒径が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下で投射材の硬度がＨｖで４００以上である［１］に記載の成形部材の製造方法。
【００１６】
［３］前記ショットピーニング処理した領域におけるカバー率が３０％以上である［１］または［２］に記載の成形部材の製造方法。
【００１７】
［４］前記ショットピーニング処理後において、表層の残留応力が２００ＭＰａ以下である［１］〜［３］のいずれかに記載の成形部材の製造方法。
【００１８】
本発明では、残留応力について、引張の残留応力を「＋」、圧縮の残留応力を「−」で表現し、残留応力を連続的に表現する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の鋼板を冷間成形によって目的の形状に成形し製造される成形部材について、成形部材の表面にショットピーニング処理を施すことで特殊な成分の添加や鋼組織の限定をすることなく耐遅れ破壊特性に優れる高強度部材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施例における遅れ破壊試験のサンプル作製方法を示す模式図である。
【図２】図２は、実施例における表層の残留応力と遅れ破壊試験の破壊までの時間との関係を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の鋼板を用いて冷間成形を行い、その後、成形部材の表面にショットピーニング処理を施す。ショットピーニング処理は成形部材の表面全体に行うほか、表層の残留応力が５００ＭＰａ以上となる部分を選択的に行っても良い。なお、表層の残留応力が５００ＭＰａ未満の部位について、ショットピーニング処理が必ずしも必要でない理由は、引張りの残留応力が５００ＭＰａ未満の部位はショットピーニング処理を施さなくても遅れ破壊が生じにくいためである。一方、後述のように、ショットピーニング処理を施す場合は表層の残留応力を２００ＭＰａ以下とすることが好ましい。
【００２３】
表層の残留応力はＸ線で測定が可能で、成形部材の任意の位置および任意の方向について測定して引張りの残留応力が５００ＭＰａを超える位置を決定する。その際、事前にＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）で冷間プレス成形のシミュレーションを実施し、その解析結果から引張りの残留応力が高くなる箇所を予測することにより、効率的にショットピーニング処理が必要な部分を決定することができる。ここで、表層とは成形部材表面からＸ線回折においてＸ線が成形部材表層に浸透する深さまでの領域を指し、通常表面から１００μｍ以下となる。
【００２４】
冷間成形の素材となる鋼板はＴＳが１１８０ＭＰａ以上である。これにより、部品素材の高強度化かつ薄肉化を実現する。ＴＳは素材である鋼板を用いた引張試験により求める。また、素材である鋼板の厚さは０．６〜５．０ｍｍが好ましい。
【００２５】
ショットピーニング処理を行う装置は、遠心式や空気式などいずれの装置を用いても良い。
【００２６】
ショットピーニング処理における投射材の投射速度、材質、硬度、径などは限定をするものではなく常法に従って行えばよい。
【００２７】
例えば、投射速度は５０ｍ／ｓ（時間をあらわすｓは秒を意味する）以上が好ましい。投射速度が５０ｍ／ｓ未満では表層の残留応力の低減が不十分となるおそれがある。
【００２８】
また、投射材の硬度はビッカース硬度Ｈｖで４００以上が好ましい。投射材の硬度がビッカース硬度で４００未満では成形部材の硬度に対して投射材の硬度が不十分となり残留応力の低減が不十分となるおそれがある。なお、投射材のビッカース硬度はマイクロビッカース硬度試験により求める。
【００２９】
また、投射材の粒径は０．１〜２．０ｍｍが好ましい。投射材の粒径が０．１ｍｍ未満では運動エネルギーが小さすぎて十分な効果が得られないおそれがあり、２．０ｍｍを超えると表面荒れがひどくなったり成形部材の形状が悪化したりするおそれがある。
【００３０】
また、ショットピーニング処理の時間については特に限定しないが、本発明の効果を得るためには、カバー率が３０％以上となるまで処理を行うことが好ましく、より好ましくは７０％以上である。カバー率とはショットピーニング処理を施す領域の処理前の面積に対して、処理後により投射材が衝突して表面が変形した部分の面積の割合いである。
【００３１】
遅れ破壊は引張り応力下で発生しやすく、引張り残留応力部へのショットピーニング処理による耐遅れ破壊特性の向上は、引張りの残留応力の低減に起因し、成形部材における表層の残留応力を２００ＭＰａ以下とすることが好ましい。さらに残留応力が圧縮応力になることでその効果が顕著となる。
【００３２】
素材となる鋼板については、引張り強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上となるように製造されていればよい。引張強さＴＳは後述の実施例に記載の方法で測定する。鋼板は熱延鋼板、冷延鋼板のいずれでもよく、表面にＺｎやＡｌなどのめっきが施されていても構わない。下記に鋼板の組成例や鋼組織の例について記載するが、素材となる鋼板は下記の内容に限定されるものではない。以下の説明において、成分組成の質量％は単に％と記載する。
【００３３】
ＴＳを１１８０ＭＰａ以上とするためには、Ｃは０．１０％以上が好ましい。また、Ｃが０．５％を超えると靭性が低下する。このため、Ｃは０．１％以上０．５％以下が好ましい。含有量の上限側についてより好ましくは０．３％以下である。
【００３４】
その他の元素の好ましい範囲は以下の通りである。
Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：０．５〜１０％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１〜１．５％、Ｎ：０．０２％以下、Ｏ：０．０１％以下。
【００３５】
さらに必要に応じてその他の元素を下記のように含有することも可能である。
Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．２％以下、Ｖ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｃｒ：１％以下、Ｂ：０．００５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｓｂ：０．０３％以下から選ばれる１種以上。
【００３６】
通常、上記以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物とする。不可避的不純物としては、例えばＳｎ、Ｚｎ、Ｃｏ等があげられる。また、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭについても通常の鋼組成の範囲内で含有してもその効果は失われない。
【００３７】
鋼組織としては、ＴＳを１１８０ＭＰａ以上とするためには、高強度化に寄与するマルテンサイト（焼戻しマルテンサイトを含む）およびベイナイトを合計で５０％以上とすることが好ましい。マルテンサイトおよびベイナイト以外の相としては、フェライト、パーライト、残留オーステナイトなどがあり、必要とする鋼板の特性に応じてこれらを適宜含んでも構わない。特に、フェライトおよび残留オーステナイトは鋼板の延性向上に有効な相であり、プレス成形において延性が必要な場合は、これらの相をそれぞれ３〜５０％含有させることが好ましい。鋼組織は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた鋼板の断面組織観察により面積率で求める。
【００３８】
本発明により製造された成形部材は、自動車骨格部材、補強部材等に用いられることが好ましい。特に自動車の耐衝突特性向上への寄与が大きく部材の高強度化の必要性が高いセンターピラー、フロントピラー、サイドシル、ルーフレール、クロスメンバー、フロントサイドメンバー、リヤサイドメンバー、バンパー、ドアインパクトビームなどの部品への適用が有効となる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。
【００４０】
表１に示す成分組成（単位は質量％、残部はＦｅおよび不可避的不純物）の鋼スラブを連続鋳造により製造し、１２５０℃まで再加熱後、仕上げ圧延温度８５０℃、巻取り温度６００℃で、板厚２．８ｍｍまで熱間圧延を行った。さらに酸洗後、冷間圧延を施して板厚１．４ｍｍの冷延板とし、次いで８００〜９００℃に加熱しその温度域で３００〜９００秒間保持した後、
鋼種Ａ、Ｂについては、平均冷却速度１０℃／ｓで６００〜７５０℃の温度域まで徐冷した後、室温まで水冷し、その後、１５０〜２５０℃で１０分間焼戻し処理を施した。
また、鋼種ＣおよびＧについては、平均冷却速度２０℃／ｓで３５０〜４５０℃まで冷却した後、その温度域で１０分間保持し、その後室温まで冷却した。
また、鋼種Ｄ〜Ｆについては、平均冷却速度２０℃／ｓで１５０〜３００℃まで冷却した後、３５０〜４５０℃まで再加熱し、その温度域で１０分間保持し、その後室温まで冷却した。
得られた各鋼板に伸び率０．２％で調質圧延を施した。このように製造した冷延鋼板を用いて、引張り強度、遅れ破壊特性を調査した。
【００４１】
各試験方法の詳細は以下の通りである。
（引張り試験）
引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるようサンプル採取したＪＩＳ５号試験片を用いて、ＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験を行ない、ＴＳ（引張強さ）を求めた。その結果を表２に示す。
【００４２】
（遅れ破壊特性の試験）
本実施例で行った遅れ破壊試験のサンプル作製方法について、図１に模式的に示す。上記冷延鋼板から、長手を圧延方向に垂直にして採取した１００ｍｍ×３０ｍｍの試験片を用いた。試験片は端面が三山仕上になる（山部分を▽で示した）ように機械加工して採取した。得られた試験片を用いて、曲げ半径５ｍｍでＵ曲げ加工を施した後、スプリングバックした状態からボルトで部材を締め付けて、その締め付け量により表層の残留応力を変化させた。このような曲げ加工やボルト締め込みによる応力負荷は、実際の成形部材の製造における冷間成形や成形部材への残留応力の導入を模擬している。その後、ボルトで締め付けたサンプルの曲げ部外側からショットピーニング処理を施した（図１参照）。比較としてショットピーニング処理を施していないサンプルも評価した。ショットピーニング処理はサンプルの全面に行う他、一部の条件では曲げ頂点部付近で応力が５００ＭＰａ以上である領域を選択的に行なった。
【００４３】
その後、Ｘ線回折法により曲げ頂点部における曲げ変形方向の表層の応力（残留応力に相当する）を測定した。
【００４４】
得られたサンプルを０．１規定の塩酸中に浸漬し、割れ発生までの時間を測定した。破壊判定は目視で行い、９６時間浸漬し割れが発生しなかった場合を破壊発生なしとした。試験はサンプル数Ｎ＝３で行い、そのうちの最短の割れ発生時間を破壊時間とした。
【００４５】
各試験におけるショットピーニング処理の有無、ショットピーニング条件、表層の残留応力、破壊の有無および破壊した条件では破壊までの時間を表２に示す。残留応力は、引張りの応力をプラス、圧縮の応力をマイナスで示している。
【００４６】
図２に本実施例における表層の残留応力と遅れ破壊試験の破壊までの時間との関係を示す。図中の矢印は９６時間浸漬しても破壊しなかったことを示す。ショットピーニング処理を施さない場合は表層に高い引張りの応力が残留し、遅れ破壊試験において破壊が生じている。それに対して本発明例ではショットピーニング処理を施すことにより表層の引張りの残留応力が低減し破壊は生じない。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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