(57)【要約】【課題】通常の高張力鋼では成形できないような複雑形状のプレス部品を形状精度良く成形し、かつ高強度を確保する技術を提供する。【解決手段】質量で、Ｃ：０．０００５〜０．０３％  、  Ｍｎ：０．０１〜１％、  Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．００５〜２％を含み、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０３〜２％含み、その他必要に応じて、Ｃｕ：０．５〜３％、Ｎｉ：０．２〜１．５％、  Ｍｏ：０．０１〜２％、Ｃｒ：０．５〜２％を含み、残部が鉄と不可避的不純物である鋼板をプレス成形した後、  ５００℃以上、  ９００℃以下の窒化雰囲気、浸炭雰囲気又は炭窒化雰囲気で窒化、浸炭又は炭窒化処理を行い、その後再びプレス加工をすることを特徴とする部品の製造方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０００５〜０．０３％、
Ｍｎ：０．０１〜１％、
Ｓｉ：１％以下、
Ａｌ：０．００５〜２％を含み、
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０３〜１％含み、
残部が鉄と不可避的不純物からなる鋼板をプレス成形した後、５００℃以上、９００℃以下の窒化雰囲気、浸炭雰囲気又は炭窒化雰囲気で窒化、浸炭又は炭窒化処理を行い、その後再びプレス加工をすることを特徴とする形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項２】
質量％でさらに、
Ｃｕ：０．５〜３％、
Ｎｉ：０．２〜１．５％
を含むことを特徴とする請求項１記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項３】
質量％でさらに、
Ｍｏ：０．０１〜２％
を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項４】
質量％でさらに、
Ｃｒ：０．５〜２％
を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項５】
窒化雰囲気が、アンモニア濃度で０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項６】
浸炭雰囲気が、ＣＯ濃度で０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【請求項７】
炭窒化雰囲気が、アンモニア濃度とＣＯ濃度の合計が０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の足廻り、メンバーなどの部品の成形で、高強度でかつ高い成形性を要求される部品のプレス方法に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
自動車材料は車体の軽量化を達成するために高強度化による板厚減が図られつつあるが、高強度化に伴い成形性が劣化し、複雑な部品の成形が難しくなっている。これを打破する方法として高強度鋼板を温間あるいは熱間でプレスする高温でのプレスがあるが、高温であるために潤滑が難しく、深絞り加工が十分に出来ない難点がある。また、高温になるとｎ値も減少するので、複雑形状のプレスは必ずしも容易にはできない。
一方、成形性に優れた軟鋼板をプレス加工した後に浸炭、窒化あるいは炭窒化処理を行い部品の強度を向上させることも考えられるが、熱処理中に形状が崩れる問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高強度が要求される複雑形状のプレス部品の製造法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行い、適正な成分を持った良加工性鋼板を常温でプレス成形した後に、特殊な熱処理を行い、再び高温でプレス加工をすることにより、この問題を解決した。
【０００５】
本発明の要旨とするところは、下記のとおりである。
（１）  質量％で、
Ｃ  ：０．０００５〜０．０３％、  Ｍｎ：０．０１〜１％、
Ｓｉ：１％以下、                  Ａｌ：０．００５〜２％を含み、
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒの１種又は２種以上を合計で０．０３〜１％含み、
残部が鉄と不可避的不純物からなる鋼板をプレス成形した後、５００℃以上、９００℃以下の窒化雰囲気、浸炭雰囲気又は炭窒化雰囲気で窒化、浸炭又は炭窒化処理を行い、その後再びプレス加工をすることを特徴とする形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
（２）  質量％でさらに、
Ｃｕ：０．５〜３％、        Ｎｉ：０．２〜１．５％
を含むことを特徴とする前記（１）記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
（３）  質量％でさらに、
Ｍｏ：０．０１〜２％
を含むことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
（４）  質量％でさらに、
Ｃｒ：０．５〜２％
を含むことを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【０００６】
（５）  窒化雰囲気が、アンモニア濃度で０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
（６）  浸炭雰囲気が、ＣＯ濃度で０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
（７）  炭窒化雰囲気が、アンモニア濃度とＣＯ濃度の合計が０．２〜５０体積％であり、５００℃以上、９００℃以下の温度域に保持する時間が３０秒以上、１時間以内であることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか１項に記載の形状凍結性に優れた高強度部品の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、適正な成分の鋼板をプレス加工後に適正な熱処理で高強度化し、再びプレス加工をすることにより形状精度の高いプレス部品を製造する方法を提供するものである。
【０００８】
以下に本発明を詳細に説明する。
まず、成分の限定理由について述べる。
Ｃは、成形性の観点から少ない方が好ましいが、０．０００５％未満に低減しようとすると製鋼コストが高くなりすぎるので、下限を０．０００５％とした。また、上限は成形性の観点で０．０３％とした。
【０００９】
Ｍｎは強度調整に使われるが、過度の添加は成形性を劣化するので、上限を１％とした。また、成形性の観点でＭｎを極力減らす場合に、０．０１％未満にしようとすると製鋼コストが顕著に上がるので、下限を０．０１％とした。
【００１０】
Ｓｉも強度の調整に使われる合金元素であるが、過度の添加は成形性を劣化するので上限を１％とした。下限は特に限定しないが、強度上昇の効果を発現させるためには０．０１％以上含有することが好ましい。
【００１１】
Ａｌを脱酸剤として有効に使うには、少なくとも鋼中に０．００５％以上のＡｌが残存する必要がある。また、Ａｌは耐食性を向上させるが、過度の添加は成形性を劣化するので上限を２％とした。
【００１２】
Ｔｉ，ＮｂおよびＺｒは、プレス後の浸炭、窒化、炭窒化処理において高強度化を果たす重要な元素で、その効果が現れる量として、１種又は２種以上の合計で０．０３％を下限とした。また過度の添加は成形性を劣化するので、同様に上限を１％とした。
【００１３】
Ｃｕは、プレス後の熱処理で析出させると強度の上昇を果たせる有効な元素であり、析出強化が効果を発揮する下限が０．５％である。一方、過度の添加は成形性を劣化するので上限を３％とした。
【００１４】
Ｃｕの添加は熱間割れを起こしやすいが、ＮｉをＣｕ量の約半分添加することにより熱間割れが防止できるので、Ｃｕを添加する場合は、Ｎｉ：０．２％から１．５％添加する。
【００１５】
Ｍｏは転位との相互作用が強く、高温における転位の消滅を抑制する効果がある。熱処理時にプレス加工時に導入された転位が残存すると、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｃｕ系の析出物が微細に析出し、高強度化を促進する。この効果が確認できる下限が０．０１％である。また過度の添加は成形性を劣化するので、上限を２％とした。
【００１６】
Ｃｒは耐食性を向上する。その効果が認められる下限が０．５％である。しかし、過度の添加は成形性を劣化するので、上限を２％とした。
【００１７】
次にプロセス条件の限定について述べる。
最初に行われるプレス加工に関しては別段限定する条件はない。使用する材料も本発明の成分範囲であれば優れた成形性を有するので、複雑形状のプレスが可能である。鋼板は熱延鋼板でも冷延鋼板でも使用できるが、深絞り加工には冷延鋼板の方が有利である。
【００１８】
プレス加工後の熱処理条件が本発明の重要なポイントで、プレス加工後に窒化、浸炭又は炭窒化のいずれかの処理を行い、部品の高強度化を果たすことが出来る。これらの強化処理には炭素や窒素源を持つガス、液体、固体を利用した様々な方法がある。どの方法を用いても浸炭、窒化又は炭窒化が起こることにより高強度化が図れる。
特に、プレス現場で行う処理として好ましいのはガスを利用した強化処理で、一般に窒化にはアンモニアが、浸炭にはＣＯガスが、そして炭窒化には両方のガスの混合気体が用いられる。
【００１９】
ここで、熱処理温度を５００℃以上としたのは、これより低い温度では浸炭、窒化あるいは炭窒化の進行が遅く、十分な高強度化を果たすのに時間がかかりすぎ、生産性を阻害するためである。一方、上限を９００℃としたのは、これより高い温度になるとオーステナイトが生成する可能性があり、変態後の母相と析出物の界面が非整合になり、強い析出強化能が得られなくなるためである。
【００２０】
また、窒化、浸炭又は炭窒化処理の時間を限定したのは、３０秒未満では十分な高強度化が得られないので、下限を３０秒とした。また上限を１時間としたのは、余り処理時間が長くなると生産性が落ちるためである。
【００２１】
窒化処理に用いるアンモニアの濃度並びに浸炭処理に用いるＣＯガスの濃度を限定したのは、０．２体積％未満だと十分な高強度化を得ることが難しいためであり、５０体積％超になるとガスのコストが高くなりすぎるためである。
経済性を考えて出来るだけ低濃度で窒化、浸炭又は炭窒化により高強度化を達成するには、高温の炉の中にアンモニアあるいはＣＯガスを吹き込むのではなく、通電加熱や誘導加熱のように部品だけを高温に加熱し、雰囲気温度は高くならないような条件で行うのが好ましい。この場合、ガスは炉壁などで分解されずに有効に窒化、浸炭あるいは炭窒化に利用されるためである。
【００２２】
熱処理後に再びプレス加工をするのは、部品の形状精度を確保するのに必要なためである。軽量化を図るために部品に厚みを薄くすると熱処理中に形状が劣化することが多い。また、部品の強度は加工硬化によっても高めることが出来るので、熱処理後のプレス加工は高強度化にも寄与する。ただし、熱処理による高強度化に伴い材料の成形性は劣化しているので、余り厳しい成形は避けなければならない。平均的な加工度で１％から２０％の加工が好ましい。
【００２３】
また、形状凍結性を確保しながら強加工するには高温でのプレス成形が有利であり、成形温度は４００℃以上が好ましい。ただし、２回目のプレス加工はリストライキングと同じ原理なので、弱加工が前提ならば常温になってからリストライキングに適した金型を用いてもプレスしても、形状凍結性を確保することは可能である。
【００２４】
【実施例】
表１に成分を示す板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を、ＬＤＲが２．０の円筒深絞り加工を行い、その後窒化、浸炭、炭窒化処理をしたときの処理条件と硬度変化を表２に示す。硬度測定は熱処理したものとしないものの円筒の底板を切り取って、その中心部の板厚断面の表面から０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍの位置で行った。表２の硬度変化は、熱処理後の４箇所の硬度の平均値から熱処理前の４箇所の硬度の平均値を引いた値である。
【００２５】
一方、熱処理に伴う形状崩れ並びに温間プレスによる形状矯正を定量的に評価するために、長さ１３０ｍｍ、幅３０ｍｍの板を５９度のＶ曲げを行い、Ｖ字の開き部の幅を熱処理前Ｗ１、熱処理後Ｗ２、そしてその後に行った温間プレスによるＶ曲げ加工による矯正後Ｗ３をそれぞれ測定した。
熱処理後の温間プレスによるＶ曲げ加工は５００℃で行った。また、Ｖ曲げ試料は熱処理時には側面が電気炉の炉底に着くように置いた。最初の常温でのＶ曲げでは開口部の幅は合金元素が増えると変形抵抗が大きくなるため若干広くなる傾向がある。
【００２６】
また、開口部の幅は比較的低い温度の熱処理では残留応力の開放により若干広がる傾向があるが、高温になると自重により変形し幅の減少が見られる。それゆえ、７５０℃の熱処理温度ではこの相反する効果により開口部の幅が熱処理前に比べて余り変化しないが、詳しく見るとＶの底の角度は残留応力の開放で若干広がり、炉底に着いてなかった側面は自重により若干撓んでおり、必ずしも精度の良い形状になっている訳ではない。しかし、熱処理後の温間プレスによるＶ曲げ加工では材料、熱処理条件にほとんど依存せずに開口部の幅がほぼ一定になる。すなわち、熱処理時には残留ひずみの入り方や自重の影響を受けやすい構造かにより形状の変化が複雑に起こるが、その後に本実施例に見られるような温間プレスを行う形状精度の高い部品が製造できることを意味する。
【００２７】
プレス加工後の熱処理は、所定の温度にした炉内にアンモニア及びＣＯガスの合計と、窒素及び水素の合計を体積比で１対３の割合で混合したガス（＝アンモニア濃度とＣＯ濃度の合計が２５体積％）を常時供給して行った。ここでの熱処理時間とは、炉に部材を入れて５００℃を越した時点から測定した時間である。部材は所定の保持時間の後に炉から取り出して空冷した。
表２に示すように、熱処理による硬度の上昇は、浸炭より窒化の方がより効果がある。また、熱処理による硬度の上昇はＴｉの添加が一番効果がある。
【００２８】
【表１】
2004300468.tif 000002
【００２９】
【表２】
2004300468.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、通常の高強度鋼板では成形不可能な複雑形状の部品を精度良く製造し、かつ十分な強度を付与することを可能にする技術を提供するもので、自動車のハイテン化・軽量化に寄与し、省エネ・地球環境保全に貢献するものである。