(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が１〜１．６ｍｍのホットプレス用の鋼板を８５０〜１２００℃の温度範囲内に加熱し、この鋼板を以下の式を満足する条件で、冷却される金型を用いて連続的にプレスしながら焼入れ成形するにあたり、前記金型での焼入れの終了温度が３００℃以下、且つ該金型での焼入れ時の冷却速度が３０℃／秒以上であることを特徴とするホットプレス用鋼板の加圧成形方法。
Ｙ≧２２×ｈ＋０．０４×Ｔ−４３
ここで、Ｙはプレスしながら焼入れ成形する時間（秒）であって金型によるプレス時間ｔ１とプレスされた鋼板をそのままの状態で金型内で保持し冷却する冷却時間ｔ２との合計時間である。ｈは鋼板の板厚（ｍｍ）、Ｔはプレス開始時の鋼板の温度（℃）である。
【請求項２】
請求項１記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、前記冷却時間ｔ２を前記プレス時間ｔ１より長くすることを特徴とするホットプレス用鋼板の加圧成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車の構造部材、補強部材等の強度が必要とされる製品を製造するためのホットプレス用鋼板の加圧成形方法に係り、更に詳細には高温成形後の形状保持に優れたホットプレス用鋼板の加圧成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車は、燃費向上のための車両の軽量化と、衝突時における安全性との両立を実現するため、構造部材、補強部材等に高張力鋼（ハイテンともいう）を適用している。
しかし、この製品を製造するために、高張力鋼板を金型を用いてプレス成形する場合、加工後の製品にスプリングバック（元の状態に戻ろうとする変形）、壁そり等が発生し、プレス成形後の形状凍結（形状保持）性が悪く、良好な品質を備えた製品を製造することが難しかった。
このため、例えば、予めスプリングバック量等を考慮した金型の形状修正を行ったり、形状修正のための加工工程を増やしたりしていたが、コストが増加して経済的でなかった。
そこで、加熱された鋼板を、熱間状態で金型によりプレス成形（ホットプレス、ホットスタンプ、ダイクエンチともいう）することで、鋼板を金型による焼入れで高張力鋼にし、しかも形状凍結性が良好な製品を製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８２９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の方法では、金型による鋼板の焼入れ終了の判断を、作業者等が加熱炉で加熱された鋼板の加熱温度に基づき、鋼板の強度を高めることが可能となる冷却時間を予測し、この予測時間経過後に実際に鋼板温度を測定することで行っていた。
このため、鋼板の焼入れを確実に実施しようとすることで、鋼板の冷却に要する時間が必要以上に長くなり、製品の生産性が低下する問題が生じていた。このとき、製品の生産性を高めるため、予測時間を短くし、冷却が終了したか否かを判断するための鋼板の温度測定を繰り返し行うことも可能であるが、作業性が良好でない。
このように、鋼板の焼入れ時間を明確な判断基準を設けることなく行うことは、製品の生産性の低下や、作業性の悪化を招く恐れがある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来よりも製品の生産性を高め、しかも作業性が良好なホットプレス用鋼板の加圧成形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】
【０００６】
前記目的に沿う請求項１記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、板厚が１〜１．６ｍｍのホットプレス用の鋼板を８５０〜１２００℃の温度範囲内に加熱し、この鋼板を以下の式を満足する条件で、冷却される金型を用いて連続的にプレスしながら焼入れ成形するにあたり、前記金型での焼入れの終了温度が３００℃以下、且つ該金型での焼入れ時の冷却速度が３０℃／秒以上である。
Ｙ≧２２×ｈ＋０．０４×Ｔ−４３
ここで、Ｙはプレスしながら焼入れ成形する時間（秒）であって金型によるプレス時間ｔ１とプレスされた鋼板をそのままの状態で金型内で保持し冷却する冷却時間ｔ２との合計時間である。ｈは鋼板の板厚（ｍｍ）、Ｔはプレス開始時の鋼板の温度（℃）である。
【０００７】
請求項１記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、鋼板としては、例えば、炭素（Ｃ）量が０．４質量％以下、マンガン（Ｍｎ）量が２．５質量％以下の成分を有するものを使用できる。
また、金型は、加熱された鋼板が接触した場合に焼入れ可能な材質で構成されたものであり、例えば、鋼製等のものを使用できる。
【０００８】
この鋼板は、成形後に高張力鋼とするため、まず鋼板をＡC1点（鋼板の組織がオーステナイトになる点）以上の温度に加熱しオーステナイト変態させた後、マルテンサイト変態が生じる条件で冷却する必要がある。このため、鋼板を８００℃以上に加熱することで、鋼板の組織をオーステナイト組織にできる。また、鋼板温度が１２００℃を超える場合、鋼板を必要以上に過剰に加熱することになるので、鋼板の焼入れ時において、冷却に要する時間が長くなり製品の生産性が低下する。このとき、鋼板の加熱に要する熱エネルギーコストも過剰にかかり、製品の製造コストが増大し経済的でない。
従って、製品の生産性を高め、しかも経済的に高張力鋼で構成される製品を製造するためには、鋼板の加熱温度を、８５０〜１１００℃とすることが好ましく、更には８５０〜１０００℃とすることが好ましい。
なお、焼入れに必要な時間の上限値については設定してないが、生産性を高めることを考慮すれば、例えば、焼入れに必要な時間Ｙ＋１０（秒）程度とすることが好ましい。
【０００９】
なお、鋼板の焼入れ条件を、金型での焼入れの終了温度が３００℃以下、且つ冷却速度が３０℃／秒以上とすることにより、オーステナイト変態させた鋼板を確実にマルテンサイト変態させ、高張力鋼を製造できる。
【００１１】
請求項２記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、請求項１記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、前記冷却時間ｔ２を前記プレス時間ｔ１より長くする。
請求項２記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法において、プレス時間ｔ１とは、金型による鋼板の成形中の時間を意味し、金型の鋼板に対する接触面が、まだ鋼板の表面全体に接触してない時間を示す。また、冷却時間ｔ２とは、製品形状に加工された鋼板を金型内で保持し冷却する時間を意味し、金型の鋼板に対する接触面が、鋼板の表面全体に接触している時間を示す。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１、２記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、所定の条件で、鋼板を金型を用いてプレスしながら焼入れ成形するので、明確な判断基準の下、適切な冷却を行って焼入れ成形できる。これにより、従来よりも製品の製造時間の短縮を図ることができるので、製品の生産性を高めることができ、製造時における作業性も良好になる。
また、鋼板の板厚と鋼板の温度から焼入れに必要な冷却時間を求めることができるので、各条件に応じた適切な冷却時間を設定でき、過剰な冷却、又は冷却不足を招くことなく焼入れ成形できる。これにより、安定した品質を備える製品を、従来よりも製造時間の短縮を図って製造できるので、品質が良好な製品の歩留り及び生産性を従来よりも高めることができる。
【００１３】
特に、金型での焼入れの終了温度を３００℃以下、且つ冷却速度を３０℃／秒以上とするので、加熱された鋼板を確実にマルテンサイト変態させることができ、目的とする高張力鋼を確実に製造できる。
【００１４】
このホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、板厚が１〜１．６ｍｍの鋼板を用いるので、従来ホットプレス用鋼板として使用されている厚みを備えた鋼板を使用して、良好な品質を備える製品を生産性よく高い歩留りで製造することができる。
【００１５】
請求項２記載のホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、冷却時間ｔ２をプレス時間ｔ１より長くすることで、冷却効果を高めた冷却時間を長くできるので、生産性を更に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法での焼入れに必要な時間を示す説明図、図２（Ａ）は同ホットプレス用鋼板の加圧成形方法を適用する金型の説明図、（Ｂ）は使用時における金型温度の推移の説明図、図３は鋼板の板厚が１．０ｍｍ、鋼板の温度が８５０℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図、図４は鋼板の板厚が１．６ｍｍ、鋼板の温度が９５０℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図、図５は本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法における焼入れ条件の説明図である。
【００１７】
図２（Ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法は、例えば、炭素（Ｃ）量が０．４質量％以下、マンガン（Ｍｎ）量が２．５質量％以下の成分を有し、板厚が１〜３ｍｍ（好ましくは、１〜２．６ｍｍ）の鋼板（ホットプレス用鋼板ともいう）１０を、金型１１を用いてプレスしながら焼入れ成形して、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のような、自動車の構造部材、補強部材等を製造する方法である。以下、詳しく説明する。
【００１８】
まず、鋼板１０を、加熱炉（図示しない）内に装入し、ＡC1以上の温度、即ち８００〜１２００℃（好ましくは、８５０〜１０００℃）の温度範囲内に加熱してオーステナイト変態させる。
次に、図２（Ａ）に示すように、加熱された鋼板１０を、所定形状（例えば、自動車のバンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材等を製造可能な形状）の金型１１でプレスする。
【００１９】
この金型１１は鋼製のものであり、突出部分１２を備えた上下方向に移動可能な上金型部１３と、金型１１の作動時において、上金型部１３の下面と所定の隙間（例えば、０．８〜３ｍｍ程度）を有して配置される下金型部１４とを有している。なお、下金型部１４の下側内部で、下金型部１４の上側最下面１５から例えば１００ｍｍの位置には水冷管１６が設けられており、金型１１の冷却効果を高めている。
この金型１１を用いて、軟質相（ベイナイト、パーライト等）への変態前の温度（冷却開始温度：例えば８００℃以上）を維持した鋼板１０をプレスする。
【００２０】
この鋼板１０のプレスは、以下の式を満足する条件で行う。
Ｙ≧２２×ｈ＋０．０４×Ｔ−４３      ・・・・・（１）
ここで、Ｙは焼入れに必要な時間（秒）、ｈは鋼板の板厚（ｍｍ）、Ｔはプレス開始時の鋼板の温度（℃）である。
ここで、金型１１を用いてプレスしながら焼入れする条件式を、前記（１）式に設定した理由について説明する。
まず、図３に示すように、加熱される鋼板１０の板厚ｈが１．０ｍｍ、鋼板１０の温度Ｔが８５０℃の場合、焼入れに必要な時間Ｙ、即ち金型１１によるプレス時間ｔ１とプレス後に金型１１内で保持する金型冷却時間ｔ２との合計時間が１３秒以上必要であることがわかる。また、図４に示すように、加熱される鋼板１０の板厚ｈが１．６ｍｍ、鋼板１０の温度Ｔが９５０℃の場合、焼入れに必要な時間Ｙが３１秒以上必要であることがわかる。
【００２１】
このように、加熱される鋼板１０の板厚ｈを、例えば、１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ等、加熱温度Ｔを、例えば、８５０℃、９００℃、９５０℃等とし、各条件で焼入れに必要な時間をそれぞれ求め、各加熱温度Ｔ毎に、焼入れに必要な時間Ｙを縦軸、鋼板の板厚ｈを横軸にとった結果を図１に示す。
図１から明らかなように、各加熱温度において、焼入れに必要な時間Ｙと鋼板の板厚ｈとの関係を示す関係式、「Ｙ＝２２×ｈ＋０．０４×Ｔ−４３」が得られる。この関係式を用いることで、各加熱温度及び各鋼板の板厚から焼入れに最低限必要な時間が求まる。
以上のことから、この焼入れに必要な時間は、（１）式で表される。
【００２２】
従って、焼入れに必要な時間Ｙが、所定時間（鋼板の板厚が１．０ｍｍ、加熱温度が８５０℃の場合：１３秒、鋼板の板厚が１．６ｍｍ、加熱温度が９５０℃の場合：３１秒）以上であれば、目的とする焼入れを行うことができる。
ここで、プレス時間ｔ１は、金型１１の鋼板１０に対する接触面が鋼板１０の表面全体に接触してない時間であり、また、冷却時間ｔ２は、金型１１の接触面が鋼板１０の表面全体に接触している時間を示している。このため、冷却時間ｔ２をプレス時間ｔ１より長くすることで、冷却効果を高めた冷却時間を長くでき、製品の生産性を更に高めることができる。
【００２３】
また、前記（１）式は、鋼板１０の焼入れが、金型１１での焼入れの終了温度を３００℃以下、金型１１での焼入れ時の冷却速度を３０℃／秒以上とする条件を満足するものである。
ここで、鋼板１０に適用可能な鋼種、例えば、炭素（Ｃ）を０．２４質量％、ホウ素（Ｂ）を２０ｐｐｍ含む鋼の連続冷却変態図（ＣＣＴ曲線）を示す図５を参照しながら説明する。なお、図５では、鋼板の温度を縦軸、鋼板の冷却時間を横軸にとっており、９５０℃の鋼板を冷却速度を１〜１００℃／秒にそれぞれ設定して、各経過時間毎に鋼板の温度を示したものである。また、図５の下側矩形枠内の数字はビッカース硬度（Ｈｖ）を示し、冷却速度３０℃／秒以上において曲線を横切る３本の折れ線は鋼板中のマルテンサイト量（質量％）を示すものである。
【００２４】
金型１１での焼入れの終了温度を３００℃以下、且つ冷却速度を３０℃／秒以上とすることで、オーステナイト変態した組織の９０質量％以上が、マルテンサイト変態している。このことは、冷却速度が３０℃／秒未満（１５℃／秒）で鋼板の硬度がＨｖ３９１以下になっていることに対し、冷却速度を３０℃／秒とすることでＨｖ４７９以上を示すことからも明らかである。
即ち、３００℃は、マルテンサイト変態の終了温度なので、焼入れの終了温度が３００℃以下であれば、オーステナイト変態させた鋼板を、マルテンサイト変態させることができる。また、金型での焼入れ時の冷却速度が３０℃／秒以上であれば、マルテンサイト変態が終了するまで、オーステナイト変態させた鋼板の軟質相（例えば、ベイナイト、パーライト）への変態を抑制できる。
なお、鋼板１０に適用可能な鋼種、例えば、炭素（Ｃ）を０．２２質量％、ホウ素（Ｂ）を２０ｐｐｍ含む鋼についても同様である。
【００２５】
上記した方法で、図２（Ａ）に示すように、鋼板１０を金型１１で連続的に焼入れ成形して製品を製造する。
なお、金型１１を繰り返し使用し鋼板１０を連続的にプレスした場合、図２（Ｂ）に示す伝熱解析の結果からも明らかなように、１００回の連続プレスで鋼板及び金型の温度（鋼板温度：約２３０℃程度）が安定するため、金型１１表面からの強制冷却を行うことなく、金型１１を使用して鋼板１０を連続的に焼入れ成形できる。ここで、伝熱解析は、例えば、鋼板の板厚ｈを１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、プレス開始時の鋼板の温度Ｔを８５０℃、９００℃、９５０℃、金型の初期温度を２５℃、金型と鋼板の間の熱伝達係数を４５００ｋｃａｌ／ｍ2 ／Ｈｒ／℃（Ｔ≧５００℃）、１２００ｋｃａｌ／ｍ2 ／Ｈｒ／℃（Ｔ＜５００℃）に設定した条件を使用し、図２（Ａ）中の点線部分について行っている。
しかし、金型の冷却効果を更に高めるため、例えば、金型内部に冷却管を複数設けたり、冷却管内を流れる冷却水の流量を多くすることも可能である。
以上の方法により、鋼板１０を焼入れ成形することで、例えば、硬度がＨｖ４７０（約１５００ＭＰａ）程度の高張力鋼で構成される製品を製造できる。
【００２６】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のホットプレス用鋼板の加圧成形方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のように、自動車の構造部材、補強部材等を製造するホットプレス用鋼板の加圧成形方法について説明した。しかし、所定の形状に加工された高張力鋼を使用する分野、例えば、車両、重機、船舶等の構造部材、補強部材等を製造するために、本発明のホットプレス用鋼板の加圧成形方法を適用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法での焼入れに必要な時間を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は同ホットプレス用鋼板の加圧成形方法を適用する金型の説明図、（Ｂ）は使用時における金型温度の推移の説明図である。
【図３】鋼板の板厚が１．０ｍｍ、鋼板の温度が８５０℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図である。
【図４】鋼板の板厚が１．６ｍｍ、鋼板の温度が９５０℃の場合の焼入れに必要な時間を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るホットプレス用鋼板の加圧成形方法における焼入れ条件の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：鋼板、１１：金型、１２：突出部分、１３：上金型部、１４：下金型部、１５：上側最下面、１６：水冷管
【図１】
0004700284.tif 000002
【図２】
0004700284.tif 000003
【図３】
0004700284.tif 000004
【図４】
0004700284.tif 000005
【図５】
0004700284.tif 000006