(57)【要約】【課題】これまで管理されていなかった加工中の被加工鋼管の温度を適正に管理することにより、従来よりも優れた拡管率を達成できるハイドロフォーム加工方法を提供する。【解決手段】本発明は、被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理しながらハイドロフォーム加工を行うことを特徴とする。これによりハイドロフォーム加工中における「動的歪時効」の発現を抑制することができ、限界拡管率を従来よりも大幅に増加させることができた。被加工鋼管の温度は、高圧液体の温度管理により行うことができる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理しながらハイドロフォーム加工を行うことを特徴とするハイドロフォーム加工方法。
【請求項２】
被加工鋼管の温度を、高圧液体の温度により管理する請求項１記載のハイドロフォーム加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の足廻り部材や構造部材などに用いられる部材を、加工性よくハイドロフォーム加工することができるハイドロフォーム加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−１７５０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５０３５号公報
【特許文献３】特開２００１−１５００５１号公報
【特許文献４】特開２００２−１２６８２６号公報
【０００３】
自動車の構造部材などを中空化し軽量化する目的で、従来の鋼板のプレス・合わせ溶接方法に代わり、鋼管を金型の内部に充填し、その内部に高圧液体を注入して拡管加工するハイドロフォーム加工方法（特許文献１参照）が普及しつつある。またハイドロフォーム加工方法は、部品の一体化による溶接省略、形状安定化にも有効な加工方法であり、軽量化に資する高強度鋼材の適用拡大が望まれている。
【０００４】
このようなハイドロフォーム加工方法のメリットを十分に享受するためには、素材鋼管に最適な加工条件で加工を施し、高い拡管率を安定して実現することが重要であることはいうまでもない。このような観点から、加工性に優れた鋼管の製造方法（特許文献２）や、高圧液体の圧力と軸押し量を適正化する加工方法（特許文献２）などの種々の提案がなされている。
【０００５】
しかし、ハイドロフォーム加工時の被加工鋼管の温度が成形性に及ぼす影響についての検討はこれまで行われておらず、無管理状態となっている。すなわち、被加工鋼管の加工前の温度、内部に注入される高圧液体の温度、金型温度、工場内温度などが加工中の被加工鋼管の温度に影響すると想定されるが、従来は特別な管理はなされておらず、通常は８０〜１００℃の温度域にある。被加工鋼管の温度管理に関しては、特許文献４に示されるような高温バルジ成形の場合に、金型温度を数百度の高温に加熱することが提案されている程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は上記した従来技術に鑑み、ハイドロフォーム加工中の被加工鋼管の温度が成形性に及ぼす影響につき詳細な検討を行った。その結果、従来の高温バルジ成形とは逆に、被加工鋼管の温度を低温に管理することにより、成形性が悪いとされていた高強度鋼管についても、従来よりも優れた拡管率を得ることができることを究明した。従って本発明の目的は、これまで管理されていなかったハイドロフォーム加工中の被加工鋼管の温度を適正に管理することにより、従来よりも優れた拡管率を達成できるハイドロフォーム加工方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明のハイドロフォーム加工方法は、被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理しながらハイドロフォーム加工を行うことを特徴とするものである。なお、被加工鋼管の温度を、高圧液体の温度により管理することが好ましい。
【０００８】
本発明では、被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理することによりハイドロフォーム中における「動的歪時効」の発現を抑制する。その結果、従来よりも加工性を著しく向上させることができ、ハイドロフォーム加工における限界拡管率が増加する。その詳細については実施形態とともに説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明においてハイドロフォーム用素管として用いる鋼管は、熱延または冷延された鋼板に必要に応じてめっき処理を行い、円筒状に成形した後に突合せ部を溶接した鋼管である。その鋼管の材質は特に限定されるものではないが、例えば質量％で、Ｃ：０．００３〜０．３％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：３．５％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ａｌ：１．０％以下、Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるものである。なお必要に応じて、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｂ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｒｅｍなどの副成分を適宜量添加しても差し支えない。Ｃを０．００３％以上とした鋼には通常１０ｐｐｍ程度の固溶Ｃが残留している。
【００１０】
周知のように、一般に鋼材には強度が経時変化によって上昇する「時効硬化」と呼ばれる現象が起きる。この現象は加工による歪と、加工後の温度と時間とに深く関係しているが、加工後に発現するものとされている。これはこれまでの鋼材の加工法はプレス加工のような加工速度が速く、加工歪速度も速い加工法が中心であり、加工中の「時効硬化」は無視されていたためである。
【００１１】
しかしハイドロフォーム加工はプレスに比較して加工歪速度が遅く、加工中に既に「時効硬化」現象が発現し始めるものと考えられる。この加工中の「時効硬化」現象を「動的歪時効」と呼び、鋼材中の固溶Ｃや固溶Ｎに起因することが知られている。このような「動的歪時効」は被加工鋼管の加工中の変形を阻害し、成形性を低下させる。
【００１２】
本発明者は上記組成範囲内の鋼材から引張試験片を切り出し、水中で引張試験を行って試験片の温度と伸びとの関係を測定した結果、図１のように６０℃を越えると伸びが急速に減少することを確認した。この理由は上記した「動的歪時効」が高温になるほど発現しやすく、６０℃付近で臨界的に変化するためと想定される。従って本発明ではハイドロフォーム加工中の被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理しながらハイドロフォーム加工を行うものとする。前記したように鋼中には通常１０ｐｐｍ程度の固溶Ｃが残留しており、加工歪速度が遅いハイドロフォーム加工においては不可避的に「動的歪時効」が発現してしまうため、本発明においては被加工鋼管の温度を６０℃以下に管理して成形性の低下を防止するのである。
【００１３】
図２はその具体的方法を示す説明図であり、金型１の内部に被加工鋼管２をセットしてハイドロフォーム加工を行う際に、軸押し工具３から被加工鋼管２の内部に注入される高圧液体の温度を温度センサー４により検出し、常に６０℃以下に保たれるように冷却装置５によって高圧液体を冷却する。このように加工中は常に被加工鋼管２と接触する高圧液体を冷却する方法が実用性に優れるが、金型１を冷却する方法を取ることもできる。
【００１４】
図２の装置を用いて被加工鋼管２の温度を変化させながら、その破断限界拡管率を測定したところ、図３のとおりの結果が得られた。図１のグラフから類推されたとおり、実際にもハイドロフォーム加工中の被加工鋼管の温度を６０℃以下とした場合には素管径の１．３５倍までの拡管が可能であるが、冷却を行わない従来法では１．２倍程度が限界であることが確認された。
【００１５】
【実施例】（実施例１）
引張強度が４４０ＭＰａ級の亜鉛めっき鋼管を直径３０ｍｍの被加工鋼管として、ハイドロフォーム加工を行った。その成分は、Ｃ：０．１６％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．７％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００３％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるもので、固溶Ｃは約１０ｐｐｍである。この被加工鋼管を図２に示す金型内にセットし、軸押し工具から被加工鋼管の内部に注入される高圧液体の温度を５０℃に管理した。温度無管理の場合には素管径の１．１５倍まで拡管すると割れが発生したが、温度管理を行えば１．３倍を越える拡管が可能となった。
【００１６】（実施例２）
引張強度が３７０ＭＰａ級のめっきなし鋼管を直径４０ｍｍの被加工鋼管として、ハイドロフォーム加工を行った。その成分は、Ｃ：０．１２％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．００４％、Ａｌ：０．０２％、Ｎ：０．００３％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるもので、固溶Ｃは約１０ｐｐｍである。この被加工鋼管を図２に示す金型内にセットし、軸押し工具から被加工鋼管の内部に注入される高圧液体の温度を４０℃に管理した。温度無管理の場合には素管径の１．１５倍まで拡管すると割れが発生したが、温度管理を行えば１．３５倍を越える拡管が可能となった。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のハイドロフォーム加工方法は被加工鋼管の温度を６０℃以下の低温度域に管理しながらハイドロフォーム加工を行うことにより、ハイドロフォーム加工中における「動的歪時効」の発現を抑制する。その結果、従来よりも加工性を著しく向上させることができ、拡管率を従来よりも大幅に増加させることに成功した。このため本発明は特に、成形性が悪くハイドロフォーム加工が行いにくかった高強度鋼管の加工に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】引張試験片の温度と伸びとの関係を示すグラフである。
【図２】ハイドロフォーム加工方法の説明図である。
【図３】被加工鋼管の温度と破断限界拡管率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  金型
２  被加工鋼管
３  軸押し工具
４  温度センサー
５  冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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