TS1800MPa 級ホットスタンプ用鋼板の開発

匹 田 和 夫西 畑 敏 伸菊 地 祐 久3)1)
2)
鈴 木 貴 之 中 山 伸 之
.

は じ

めに

近年，自動車の軽量化に伴う使用材料の高強度化のため，

.

開発材の諸特性

機械特性

ホットスタンプ工法の適用が増加している．ホットスタンプ

一般的な TS1500MPa 級ホットスタンプ材(以下，現行材工法とは，専用の鋼板をオーステナイト温度域に加熱したと記載)と開発材のホットスタンプ後の機械的性質を表に後，所望形状の金型を用いて成形と同時に焼入れを行う工法示す．開発材は TS1800MPa 級の強度が得られ，伸び(EL)である(図)．ホットスタンプ工法は，高温で成形を行うたは7.6で現行材と大きな差は見られなかった．

めプレス荷重が低く，成形後に高強度でありながら形状凍結性に優れるという特徴がある．



ミクロ組織

現行のホットスタンプ材の鋼中 C 量は約 0.21 ，強度レ

現行材と開発材のホットスタンプ後のミクロ組織と破断面

ベルは TS1500MPa 級である．昨今の軽量化ニーズに応え観察結果を図に示す．これより，現行材に比べ開発材の組るために更なる高強度化を行い，現行材より単純に C 量を増加させた場合，靭性が不足し十分な性能が得られないこと

表1が判明した．よって，靭性向上のためにホットスタンプ後のホットスタンプ後引張特性．
YS(MPa)TS(MPa)

EL()

開発材

1267

1882

7.6

現行材

1162

1545

8.0

旧オーステナイト粒を微細化し，焼入性を向上した
TS1800MPa 級ホットスタンプ材(以下，開発材と記載)の開発を行った(1)(2)．本報告では開発材の諸特性について紹介する．

図1

ホットスタンプ工法模式図．

新日鐵住金株式会社
1): 技術開発本部 鉄鋼研究所 薄板研究部 主幹研究員
2): 技術開発本部 鉄鋼研究所 接合研究部 主幹研究員
3): 鹿島製鉄所 薄板商品開発室 主幹
アイシン高丘株式会社 技術開発室 主担当
マツダ株式会社 ボデー開発部 アシスタントマネージャー
Development of TS1800MPa Grade Hot Stamping Steel
Sheet; Kazuo Hikida, Toshinobu Nishibata, Hirohisa
Kikuchi, Takayuki Suzuki, Nobuyuki Nakayama(Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation. AISINTAKAOKA CO., Ltd.. Mazda Motor Corporation)
2012年10月29日受理



図2

ミクロ組織と破断面．

新技術・新製品

織が微細であることが分かる．





焼入性

遅れ破壊特性

材料強度・拡散性水素量・引張りの残留応力が同時に一定

開発材の CCT (連続冷却変態)線図を図に示す．開発材

条件を満たした場合に遅れ破壊(水素脆化)が発生する恐れがの AC3 点は822°
C，マルテンサイト変態を生じるために必要ある．高強度化に伴い，遅れ破壊を起こすことが懸念されな臨界冷却速度は 20 °C / s であり，現行材とほぼ同じホットる．鋼中の拡散性水素量は使用環境によって変化(増減)する

スタンプ条件にて製造可能である(3)．

が，残留応力は設計や生産プロセスの最適化によって制御

(低減)可能である．

靭性図に各種試験後のホットスタンプ材から検出された拡散ホットスタンプを行った板厚( t ) 1.4 mm の材料を 3 枚重性水素の量を示す．図 6 左は耐遅れ破壊特性の評価試験とねた積層試験片を用いてシャルピー衝撃試験を行い，靭性のして一般的に用いられる塩酸浸漬試験後の結果を示しており，調査を行った．図に試験結果を示す．現行材に比べ開発材100時間浸漬後，現行材・開発材共に水素量が 0.1 ppm を超の衝撃値は相対的に低いが，－ 40 °C において延性破面を示えた．図 6 中央は塩水噴霧試験後の水素量を示す．水素量した．

は 0.05 ppm 程度であった．図 6 右は自動車の製造プロセス

(塗装工程)における水素量を調べたものであり，化成処理・溶接性

電着塗装で 0.07 ppm 程度の水素量を示した．ちなみに塗装

図に適正電流範囲( 1.6 t ，電極 DR40 16 f60 ，溶接時後の焼付け処理によって水素量は減少した．

1 cycles＝1/60 s)を示

以上の結果から，耐遅れ破壊特性の評価に用いられている

す．現行材と開発材共に適正電流範囲は約 2 kA あり，大き塩酸浸漬で鋼中に侵入する水素量は腐食試験や塗装工程に比な差は見られなかった．またナゲットの成長についても開発べても多く，塩酸浸漬は十分に過酷な試験方法であるといえ材と現行材は同様の傾向を示した．溶接条件の観点から，現る．

間20 cycles，保持時間10 cycles

行材と同等の条件で開発材の溶接組立が可能であることを確認した．

ホットスタンプを行った材料の表面に 4 点曲げ治具を用いて歪を与え，その状態のまま塩酸(pH1， 30°C)に100時間
浸漬した後，割れの有無を確認し，耐遅れ破壊特性の評価を

図3

図4

開発材の CCT 線図．

シャルピー衝撃試験結果．

ま て り あ 第52巻 第 2 号(2013)
Materia Japan

図5

図6

適正電流範囲と加圧力の相関．

各環境での拡散性水素量．

図8

図7

M 字試作品形状および動的 3 点曲げ試験条件．

4 点曲げ遅れ破壊試験結果．
(○ワレ無し，×ワレ発生)行った．
遅れ破壊試験結果を図に示す．表面応力は 4 点曲げ時の負荷表面ひずみ量を S S カーブより応力に換算した値である．また100時間酸浸漬後も割れが発生しなかった場合は○，割れが発生した場合は×で示した．現行材は 1312 MPa
で も 割 れ な し ， 開 発 材 は 1293 MPa ま で 割 れ な し ， 1434
MPa で割れが発生した．この値は表 1 に示した開発材の降伏応力に相当する．

.

開発材の部品特性



動的点曲げ試験

図9動的 3 点曲げ荷重ストローク曲線．

図に示す M 字形状の一定断面を持つ長さ 1000 mm の部品を試作設備で成形し，動的 3 点曲げ試験を行った．支点間距離は 800 mm ，中央の圧子の半径は R150 ，試験速度は 8 km /h とした．板厚 1.6 mm の現行材に対し，同板厚の開発材ではピーク荷重が 26.5 向上した．また板厚 1.4 mmの開発材を用いた場合，板厚 1.6 mm の現行材と同等のピーク荷重を示し，12.5(1 ゲージダウン分)の軽量化が可能である(図)．

図10

TS1800MPa 級ホットスタンプ用鋼板の適用例．

－ 40 °C でも同様に動的 3 点曲げ試験を実施し，室温の試
 のシャルピー衝撃試験では験と同等の結果を確認した．2.

.

まとめ

現行材に対し開発材の靭性が劣る結果であったが，部品レベルの評価において特に問題のないことを確認することができた．

本報告では TS1800MPa 級ホットスタンプ用鋼板の特徴および諸性能を紹介した．昨今，燃費向上と衝突特性向上の両立のための高強度化ニーズは急速に拡大しており，そのニ. 実 用 化 状 況
本開発材は国内で基本特許を取得している(4)．また，本開ーズを満足する一助となる本開発材は有望と考える．

文献

発材を用いて 2011年から量産を開始し，「マツダ CX 5」のバンパービームに適用されている．図
に適用部品例を示す．

( 1 ) 西畑敏伸，小嶋啓達，小澤正史，中嶋勝司 CAMP ISIJ, 21(2008), 597.
( 2 ) 鈴木貴之，新家年雅，中嶋勝司，西畑敏伸，小嶋啓達
CAMPISIJ, 21(2008), 598.
( 3 ) 西畑敏伸，小嶋啓達鉄と鋼，96(2010), 378385.
( 4 ) 特許第4513608号．

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