(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度・高剛性部分と低強度・低剛性部分とを一体的に備えたプレス成形部品を製造するに際し、高残留オーステナイト鋼からなるブランク材をプレス成形して得られたプレス部品の一部にサブゼロ処理を施し、当該プレス成形部品の高強度・高剛性部分を形成することを特徴とするプレス成形部品の製造方法。
【請求項２】
サブゼロ処理に際して、プレス部品を室温から−５０℃〜−２００℃の温度範囲に冷却することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形部品の製造方法。
【請求項３】
高残留オーステナイト鋼の炭素含有量が０．０５〜０．２％、残留オーステナイト量が５〜２０％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強度分布を備えたプレス成形部品の製法に係わり、例えば自動車の構造部材に適用され、衝突時に形状を保持して乗員を保護するための高強度・高剛性部分と、圧壊して衝突エネルギーを吸収する低強度・低剛性部分とを一体的に備えたプレス成形部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような高強度部分と低強度部分とを同一部品内に形成するための方法として、例えば特開平１０−１７９３３号公報には、プレス成形を行った車体部材の特に強度が要求される部位を高周波誘導加熱などの方法によって加熱したのち、急速冷却することによって当該部位に焼入れを施し、特に強度を必要としない部位については母材強度のままとする方法が開示されている。また、塑性と加工（Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．３７０（１９９０））の第１３８３頁には、フロントサイドメンバー部品へのテーラードブランク材の適用例として、厚さの異なる板材をレーザ溶接やマッシュシーム溶接であらかじめ接合したブランク材にプレス成形を施すことによって、衝突時に圧壊して衝突エネルギーを吸収する部位を薄板に、衝突後も形状を保持する部位を厚板に設定する方法が記載されている。
【０００３】
しかしながら、上記公報に記載された高周波焼入れによる方法においては、熱歪みによる部品精度の低下が顕著であること、ワークの形状ごとに高周波誘導コイルを制作する必要があり、寸法の若干の相違によって同一部品であってもコイルの共用が困難であること、ワークが赤熱する８００℃以上に加熱する必要があるので、４００℃程度で溶融する亜鉛や、それ以下の温度で燃焼してしまう有機皮膜を施した表面処理鋼板には適用できないこと、などの問題点がある。
【０００４】
一方、テーラードブランク材を使用する方法においては、突き合わせ溶接をおこなうために鋼板の切断面の管理が厳しいこと、高価な溶接設備や治具を必要とし、部品コストの低減が難しいこと、生産速度がブランク材の溶接速度に依存するため、生産性の向上に限界があること、などの問題点があり、このような問題の解消が強度分布を備えた従来のプレス成形部品、あるいはその製造における課題となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、同一部品内に高強度部分と低強度部分と一体的に備えた従来のプレス成形部品における上記課題に着目してなされたものであって、高周波加熱装置やレーザ溶接装置などの高価な設備を使用することなく、同一部品内に高強度・高剛性部分と低強度・低剛性部分とを容易に形成することができるプレス成形部品の製造方法と、このような方法によって製造され、同一部品内に上記のような強度分布を有するプレス成形部品を提供することを目的としている。
【０００６】
本発明の請求項１に係わるプレス成形部品の製造方法は、高強度・高剛性部分と低強度・低剛性部分とを一体的に備えたプレス成形部品の製造に際して、高残留オーステナイト鋼からなるブランク材をプレス成形して得られたプレス部品の一部にサブゼロ処理を施し、当該プレス成形部品の高強度・高剛性部分を形成することを特徴としており、プレス成形部品の製造方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
本発明に係わるプレス成形部品の製造方法の実施態様として請求項２に係わる製造方法においては、サブゼロ処理に際して、プレス部品を室温から−５０℃〜−２００℃の温度範囲に冷却する構成とし、さらに実施態様として請求項３に係わるプレス成形部品の製造方法においては、高残留オーステナイト鋼の炭素含有量が０．０５〜０．２％、残留オーステナイト量が５〜２０％の範囲である構成としたことを特徴としている。
【０００９】
本発明に係わるプレス成形部品の製造方法においては、まず、高残留オーステナイト鋼からなるブランク材をプレス成形し、得られたプレス部品の一部にサブゼロ処理を施すようにしており、高残留オーステナイト鋼からなるプレス部品の任意位置をサブゼロ、すなわち０℃以下に冷却して、冷却部分の残留オーステナイト、つまりプレス成形によって塑性変形しなかった部分の残留オーステナイト（ブランク材の残留オーステナイト）およびプレス成形によって塑性変形された部分（塑性変形時に母材残留オーステナイトの一部がマルテンサイト変態済み）の残留オーステナイトがマルテンサイト化することから、プレス部品のサブゼロ処理部分のみが硬化して、当該部分の強度・剛性が高められることになる。
【００１０】
すなわち、本発明においては、ブランク材として高残留オーステナイト鋼を使用してプレス成形後にその任意の位置にサブゼロ処理を施すようになすことによって、塑性変形している部分はもとより、塑性変形していない部分についてもマルテンサイト化することから、プレス部品の任意部位の強度・剛性を高めることができ、同一部品内に強度分布を持たせることができ、高強度・高剛性部分と低強度・低剛性部分とを一体的に備えたプレス成形部品が得られることになる。
【００１１】
サブゼロ処理における冷却方法としては、液体酸素（−１８３℃）や液体窒素（−１９６℃）、粉末状のドライアイス（−７８℃）、あるいは冷却した空気やアルコールなどをプレス部品の所望部位に吹き付けたり、これら冷媒の中に浸漬したりすることができる。サブゼロ処理温度としては、前述したように、基本的に０℃以下と定義されるが、その効果を確実なものとする観点からは、請求項２に記載しているように、−５０℃〜−２００℃の温度範囲とすることがより望ましい。すなわち、冷却温度が−５０℃より高いと、部品の形状やサイズによっては残留オーステナイトを十分にマルテンサイト化することができないことがあり、−２００℃より低い温度に冷却しても効果はほとんど変わらず、しかもこのような低い温度への冷却が困難になることによる。
【００１２】
また、本発明において高残留オーステナイト鋼とは、室温における残留オーステナイト量が３％以上のものを意味し、例えば、ＴＲＩＰ（Transformation In-duced Plasticity）鋼を使用することができるが、材料コスト低減の観点からは、ＴＲＩＰ鋼のうち、ＮｉやＣｒなど高価な合金元素を含まない高Ｓｉ−Ｍｎ系の組成のものを使用することが望ましい。さらに、サブゼロ処理による強度向上を理想的なものとする観点からは、請求項３に記載しているように、炭素含有量が０．０５〜０．２％の範囲で、しかも残留オーステナイト量が５〜２０％の範囲のものを用いることが一層望ましい。これは、高残留オーステナイト鋼の炭素含有量が０．０５％未満の場合には、プレス成形部品として必要な強度を得ることができず、炭素含有量が０．２％を超えた場合には、プレス成形時の成形性が劣化する傾向があることによる。また、高残留オーステナイト鋼の残留オーステナイト量が５％に満たない場合には、サブゼロ処理によって強度を十分に向上させることが難しくなり、逆に残留オーステナイト量が２０％を超えた場合には、、残留オーステナイトは室温では不安定であり、放置によって安定化への変化が進むことから寸法変化を生じやすくなる傾向がある。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係わるプレス成形部品の製造方法においては、高強度・高剛性部分と低強度・低剛性部分とを一体的に備えたプレス成形部品の製造に際して、高残留オーステナイト鋼からなるブランク材をプレス成形して得られたプレス部品の一部にサブゼロ処理を施し、もって当該プレス成形部品の高強度・高剛性部分を形成するようにしており、冷却された部分の残留オーステナイトがマルテンサイト化することからプレス部品のサブゼロ処理部分のみが硬化することになり、高価な装置や設備を使用することなく、プレス部品の任意部位の強度・剛性を高めることができ、同一部品内に強度分布を持たせることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１４】
本発明に係わるプレス成形部品の製造方法の実施態様として請求項２に係わる製造方法においては、サブゼロ処理に際して、プレス部品を室温から−５０℃〜−２００℃の温度範囲に冷却するようにしているので、サブゼロ処理による強度の向上を確実なものとすることができ、さらに実施態様として請求項３に係わるプレス成形部品の製造方法においては、素材鋼板として、炭素含有量が０．０５〜０．２％、残留オーステナイト量が５〜２０％の範囲の高残留オーステナイト鋼を使用するようにしているので、プレス成形部品として必要な強度を確保することができると共に、サブゼロ処理による強度の向上効果をより確実なものとすることができるという極めて優れた効果を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１７】
実施例１
高残留オーステナイト鋼として、表１に示す組成を有する、板厚２．０ｍｍのＴＲＩＰ鋼を用意し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１に規定される５号試験片を採取し、当該試験片を液体窒素中に１５秒間浸漬した後、常温において引張試験を実施した。
【００１８】
【表１】
0003975382.tif 000002
【００１９】
図１（ａ）は、その結果の一例を示すものであって、試験片にサブゼロ処理を施した場合には、試験片を液体窒素中に浸漬することなく引張試験を行った場合に（図１（ｂ））に較べて、引張強度が５％〜１５％程度向上することが確認された。
【００２０】
なお、図２は、板厚２．０ｍｍのＴＲＩＰ鋼から採取したＪＩＳ５号試験片を液体窒素中に浸漬する時間を変化させたときの試験片の表面と中心部の温度を測定した結果を示すものであって、２０秒以上浸漬することによって残留オーステナイトがマルテンサイトに変化して所望の強度が得られることが判明した。
【００２１】
この場合、浸漬に要する時間が６０秒以内であれば、生産上遅れを生じることはないと判断され、このようなサブゼロ処理が実際の生産工程に支障なく適用可能であることが確認された。
【００２２】
実施例２
表１に示した板厚１．８ｍｍのＴＲＩＰ鋼を用いて、図３（ａ）に示すような幅Ｗ＝７０ｍｍ、高さＨ＝５０ｍｍのハット形部品をプレス成形し、当該部品の全体を液体窒素中に浸漬した場合の捩じれ角θ（図３（ｂ）参照）を高周波焼入れによって稜線部分Ｅのみを硬化させた場合と比較した。
【００２３】
その結果、部品全体にサブゼロ処理を施した部品の捩じれ角θが０．２５°であるのに対して、稜線部分Ｅのみに高周波焼入れを施した部品の場合には、捩じれ角θが１．３°となり、サブゼロ処理によるプレス成形部品が寸法精度に優れることが確認された。
【００２４】
実施例３
図３（ａ）に示した板厚１．８ｍｍのハット形プレス部品をフランジ部分で２個接合することによって、図４に示すようなリブ部を備えた矩形断面を有する部品を作成した。そして接合された部品の全長に対し約半分の部分Ｓを液体窒素に浸漬し、約１５分後に液体窒素から引き出して室内に放置することによって、本発明に係わるプレス成形部品を得た。
【００２５】
一方、比較のために、表１に示した板厚１．８ｍｍのＴＲＩＰ鋼と２．０ｍｍのＴＲＩＰ鋼とをレーザ溶接によって突き合わせ接合した後、図３（ａ）と同様のハット形にプレス成形し、これらを同様にフランジ部分で２個接合することによって、図４と同様にリブ部を備えた矩形断面を有し、長さ方向の前半部分の板厚が１．８ｍｍで、後半部分の板厚が２．０ｍｍである部品を作成した。
【００２６】
このようにして得られた両部品の軸方向に荷重をかけ、圧壊試験を行った結果、板厚１．８ｍｍのＴＲＩＰ鋼からなるプレス成形部品においては、液体窒素によるサブゼロ処理を施した部分Ｓでは潰れることなく、潰れ荷重６ｔでサブゼロ処理を施さなかった部分において圧壊した。一方、板厚１．８ｍｍと２．０ｍｍのＴＲＩＰ鋼とを溶接した部品においては、同じく６ｔの潰れ荷重により、板厚１．８ｍｍの前半部分で圧壊した。
【００２７】
実施例４
表１に示した板厚２．０ｍｍのＴＲＩＰ鋼を用いて、図５に示すような形状のハット形部品をプレス成形し、長さ方向の後半部分のみを液体窒素中に２０秒浸漬し、部品温度が室温になるまで放置した。そして、サブゼロ処理を施さなかった前半部分と、サブゼロ処理を行った後半部分について、図５に示すａないしｉの各断面位置からそれぞれＪＩＳ５号試験片を採取して、それぞれの位置ごとの引張強度を比較測定した。
【００２８】
その結果は、図６に示すとおりで、サブゼロ処理を行っていない前半部分においては、プレス成形によって塑性変形している部分、すなわち縦壁部分ｃ，ｇ、およびダイ肩部の曲げ部分ｂ，ｄ，ｆ，ｈについては強度の上昇が認められるものの、フランジ部分ａ，ｉ、およびポンチ底部分ｅについては、塑性変形していないため母材強度のままである。
【００２９】
これに対し、サブゼロ処理を施した後半部分においては、塑性変形していないフランジ部分ａ，ｉ、およびポンチ底部分ｅにおいても約１０％の強度上昇が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は高残留オーステナイト鋼からなる試験片にサブゼロ処理を施した場合と施さない場合の引張試験結果を比較して示す応力−歪み線図である。
【図２】引張試験片を液体窒素に浸漬したときの表面と中心部の温度変化を比較して示すグラフである。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例２において成形されたハット形部品の形状および捩じれ角を示す斜視図および断面図である。
【図４】本発明の実施例３において成形されたプレス成形部品の形状を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例４において成形されたプレス成形部品の形状および引張試験片の採取位置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例４において成形されたプレス成形部品の部位ごとの引張強度をサブゼロ処理を施した部分と施さない部分とで比較して示すグラフである。
【図１】
0003975382.tif 000003
【図２】
0003975382.tif 000004
【図３】
0003975382.tif 000005
【図４】
0003975382.tif 000006
【図５】
0003975382.tif 000007
【図６】
0003975382.tif 000008