JP5910710B1 - 熱間プレス成形品の評価方法及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Zn-Ni系めっき層を形成した表面処理鋼板を加熱した後にプレス成形して熱間プレス成形品を製造するに際し、熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを容易に評価する熱間プレス成形品の評価方法及びマイクロクラック発生を抑制する熱間プレス成形品の製造方法を提供する【解決手段】本発明に係る熱間プレス成形品の評価方法は、熱間プレス成形品１１の解析モデルを設定する解析モデル設定工程Ｓ１と、熱間プレス成形条件を設定する熱間プレス成形条件設定工程Ｓ３と、該熱間プレス成形条件で前記解析モデルの熱間プレス成形解析を行う熱間プレス成形解析工程Ｓ５と、該熱間プレス成形解析工程で算出された熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品１１に発生するマイクロクラック最大深さを評価する熱間プレス成形品評価工程Ｓ７とを備えたものである。【選択図】 図１
Description
本発明は、熱間プレス成形品の評価方法および製造方法に関し、特にZn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレス成形を施して製造される熱間プレス成形品の評価方法及び製造方法に関する。
近年、自動車部品の高強度化・薄肉化が要求され、使用される鋼板の高強度化に伴ってプレス成形性が低下し、鋼板を所望の部品形状に加工することが難しくなっている。
このような問題を解決するものとして、鋼板を高温に加熱した後に金型を用いて所望の形状にプレス成形しつつ、金型内で抜熱して焼入れを行い高強度なプレス成形品を得る熱間プレス成形技術が知られている。
このような問題を解決するものとして、鋼板を高温に加熱した後に金型を用いて所望の形状にプレス成形しつつ、金型内で抜熱して焼入れを行い高強度なプレス成形品を得る熱間プレス成形技術が知られている。
例えば、特許文献１には、900℃前後のオーステナイト単相域まで加熱した鋼板（ブランク板）をプレス成形して所定形状の部品を製造するに際し、プレス成形と同時に金型内で焼入れを行うことで、部品の高強度化を図る技術が提案されている。
しかし、特許文献１で提案された技術では、プレス成形前にブランク板を900℃前後の高温に加熱する際、ブランク板表面に鉄酸化物（酸化スケール）が生成し、その酸化スケールがプレス成形時に剥離して金型を損傷させたり、プレス成形後の部品表面を損傷させるという問題がある。また、部品表面に残った酸化スケールは、外観不良や塗装密着性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行って部品表面の酸化スケールを除去するが、これらの処理は生産性の低下を招く。更に、自動車の足回り部品や車体構造部材などには優れた耐食性も必要とされるが、特許文献１で提案された技術ではブランク板にめっき層などの防錆皮膜が設けられていないため、熱間プレス成形部品の耐食性が不十分となる。
しかし、特許文献１で提案された技術では、プレス成形前にブランク板を900℃前後の高温に加熱する際、ブランク板表面に鉄酸化物（酸化スケール）が生成し、その酸化スケールがプレス成形時に剥離して金型を損傷させたり、プレス成形後の部品表面を損傷させるという問題がある。また、部品表面に残った酸化スケールは、外観不良や塗装密着性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行って部品表面の酸化スケールを除去するが、これらの処理は生産性の低下を招く。更に、自動車の足回り部品や車体構造部材などには優れた耐食性も必要とされるが、特許文献１で提案された技術ではブランク板にめっき層などの防錆皮膜が設けられていないため、熱間プレス成形部品の耐食性が不十分となる。
上記の理由により、プレス成形前の加熱時に酸化スケールの生成を抑制するとともに、熱間プレス成形品の耐食性を向上させることが可能な熱間プレス成形技術が要望されている。このような要望に対し、表面にめっき層などの皮膜を設けた表面処理鋼板を用いた熱間プレス成形方法が提案されている。
例えば、特許文献２には、Zn又はZnベース合金で被覆された表面処理鋼板を700〜1200℃に加熱した後に成形することにより、表面にZn-Feベース化合物又はZn-Fe-Alベース化合物を備えた成形部品とする技術が提案されている。さらに、Zn又はZnベース合金で被覆された表面処理鋼板を用いることにより、成形前の加熱時に問題となる表面処理鋼板の表面における酸化を抑制することが可能となり、しかも耐食性に優れた成形部品が得られると記載されている。
例えば、特許文献２には、Zn又はZnベース合金で被覆された表面処理鋼板を700〜1200℃に加熱した後に成形することにより、表面にZn-Feベース化合物又はZn-Fe-Alベース化合物を備えた成形部品とする技術が提案されている。さらに、Zn又はZnベース合金で被覆された表面処理鋼板を用いることにより、成形前の加熱時に問題となる表面処理鋼板の表面における酸化を抑制することが可能となり、しかも耐食性に優れた成形部品が得られると記載されている。
特許文献２で提案された技術によると、熱間プレス成形品の表面に生成する酸化スケールはある程度抑制される。しかし、めっき層中のZnに起因する液体金属脆化割れが起こり、熱間プレス成形品の表層部に深さ100μm程度のクラックが発生する場合がある。このようなクラックが発生すると、熱間プレス成形品の耐疲労特性が低下するなど、様々な支障をきたす。
上記問題に対し、特許文献３では、Zn-Fe系めっき層が素地鋼板表面に形成された表面処理鋼板を素地鋼板のAc1変態点以上950℃以下の温度に加熱し、めっき層の凝固点以下の温度まで表面処理鋼板を冷却した後、成形を開始する方法が提案されている。そして、めっき層の凝固点以下の温度まで表面処理鋼板を冷却してから成形を開始することにより、液体金属脆化割れの抑制が可能であると記載されている。
特許文献３で提案された技術によると、液体金属脆化割れ、すなわち熱間プレス成形品の表面に発生し、めっき層−地鉄（素地鋼板）界面から地鉄内部方向への深さが100μm程度であって、割れ部の界面にZnが検出されるクラックの発生を抑制し得ると考えられる。
このような液体金属脆化割れの抑制に対して、本発明者らは、高融点のめっき層としてZnに9〜25質量％程度のNiを含有したZn-Ni合金めっきを用いた表面処理鋼板による熱間プレス成形方法を検討した。Zn-Ni合金めっきに着目した理由は、Zn-Ni合金の平衡状態図に存在して耐食性を有するγ相は融点が860℃以上とZn系めっき層に比べて非常に高く、通常の熱間プレス成形条件でも液体金属脆化割れの発生が抑制可能となるためである。
このような液体金属脆化割れの抑制に対して、本発明者らは、高融点のめっき層としてZnに9〜25質量％程度のNiを含有したZn-Ni合金めっきを用いた表面処理鋼板による熱間プレス成形方法を検討した。Zn-Ni合金めっきに着目した理由は、Zn-Ni合金の平衡状態図に存在して耐食性を有するγ相は融点が860℃以上とZn系めっき層に比べて非常に高く、通常の熱間プレス成形条件でも液体金属脆化割れの発生が抑制可能となるためである。
しかしながら、Zn-Ni合金めっきを用いた表面処理鋼板により製造した熱間プレス成形品の表面には、上記の液体金属脆化割れではなく、めっき層−地鉄界面から地鉄内部方向への深さが約30μm以下であって、割れ部の界面にはZnが検出されない微小割れが発生することが知られている。この微小割れはマイクロクラックと称され、めっき層−地鉄界面を貫通して地鉄の内部にまで至り、熱間プレス成形品の耐疲労特性などの諸特性に悪影響を及ぼす。
従来から知られる液体金属脆化割れは、例えば、ハット断面形状のプレス成形品を製造する際、プレス成形に用いるダイの肩部R部止まりのパンチ接触側鋼板表面のように、引張り歪みだけが生ずる部位でも発生する。一方、マイクロクラックはそのような部位では発生せず、縦壁部のダイ接触側鋼板表面のような、曲げ圧縮の後に曲げ戻し引張り歪みを受けるところで発生するものであるため、液体金属脆化割れとマイクロクラックとでは発生メカニズムが異なると推察される。
さらに、特許文献３で開示された方法により、Zn-Fe系めっき層が形成された表面処理鋼板における液体金属脆化割れの発生を抑制することは可能であるが、Zn-Niめっき層が形成された表面処理鋼板におけるマイクロクラックのことは何らの考慮もされていない。したがって、液体脆化割れの発生を抑制できる方法であっても、マイクロクラックの発生を抑制するには必ずしも有効ではない。
また、上記のとおり、マイクロクラックの深さは約30μm以下の微小なサイズであるため、製造されたプレス成形品にマイクロクラックが発生したかどうかを評価するには、例えば、プレス成形品から試験片を切り出して走査型電子顕微鏡などにより観察するといった煩雑な手間を要する。そのため、当該方法により熱間プレス成形品におけるマイクロクラックの発生を評価することは、生産性およびコストの面から現実的ではない。したがって、Zn-Ni系めっき層が形成された表面処理鋼板を用いて製造された熱間プレス成形品におけるマイクロクラックを簡易な方法により評価するとともに、マイクロクラックの発生を抑制した熱間プレス成形品を製造する技術の開発が課題となっている。
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、Zn-Ni系めっき層を形成した表面処理鋼板を加熱した後にプレス成形して製造する熱間プレス成形品において、熱間プレス成形品に発生したマイクロクラックの深さを簡易な方法により評価する熱間プレス成形品の評価方法及びマイクロクラックの発生を抑制する熱間プレス成形品の製造方法を提供することを目的としている。
本発明者らは、Zn系めっき鋼板を熱間プレス成形する際に問題となるマイクロクラックを抑制する手段について検討した。
熱間プレス成形におけるマイクロクラックの発生メカニズムは明確になっていないが、Zn系めっき鋼板を高温でプレス成形した場合にはめっき鋼板の表面にマイクロクラックが発生し、Zn-Niめっき鋼板においても同様にめっき鋼板の表面にマイクロクラックが発生する。このマイクロクラックは、めっき層−地鉄（素地鋼板）界面からの深さが30μm以下であり、めっき層−地鉄界面を貫通して素地鋼板内部に至るものである。
本発明者らは、熱間プレス成形によりマイクロクラックが発生した熱間プレス成形品の各部位から試験片を切り出し、該試験片に対して疲労試験を行い、疲労寿命とマイクロクラック深さhとの関係を調査した。ここで、マイクロクラック深さhは、図４に示すように、熱間プレス成形後の表面処理鋼板の試験片（熱間プレス成形品１１）のめっき層２３と素地鋼板２５との界面からマイクロクラック２１の先端までの距離とした。前記疲労試験の結果、マイクロクラック深さhが20μm以下であれば、試験片にマイクロクラックが存在しても、マイクロクラックが存在しない試験片と遜色のない疲労寿命が達成されることを見出した。
さらに、前記熱間プレス成形品を製造した際の熱間プレス成形条件で熱間プレス成形の計算機シミュレーション（熱間プレス成形解析）を実施し、成形下死点での熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを求め、該相当塑性歪みの解析結果と前記熱間プレス成形品のマイクロクラック最大深さの実測値との相関を調べた。
ここで、マイクロクラック最大深さとは、熱間プレス成形解析でモデル化されたブランク材の要素に対応する熱間プレス成形品の一定範囲の部位において測定されたマイクロクラック深さの最大値である。その結果、図５に示すように、前記熱間プレス成形解析で得られた相当塑性歪みの解析結果とマイクロクラック最大深さの測定値との間には相関が見られ、このことは、熱間プレス成形解析において熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みの値を求めることにより、熱間プレス成形解析での熱間プレス成形条件と同条件で製造した熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック深さを評価できることを示唆する。
さらに、前記熱間プレス成形解析で得られた相当塑性歪みの結果から評価されたマイクロクラック深さが熱間プレス成形品の疲労寿命を低下させる20μm以下である場合、前記熱間プレス成形解析で用いた熱間プレス成形条件で熱間プレス成形品を製造することで、該熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック深さを20μm以下とすることができ、耐疲労特性に優れた熱間プレス成形品を製造することができると考えられる。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
（１）本発明に係る熱間プレス成形品の評価方法は、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレス成形を施して製造される熱間プレス成形品を評価する熱間プレス成形品の評価方法であって、以下の工程をコンピュータを用いて行うものであり、前記熱間プレス成形品の解析モデルを設定する解析モデル設定工程と、熱間プレス成形条件を設定する熱間プレス成形条件設定工程と、前記熱間プレス成形条件で前記解析モデルの熱間プレス成形解析を行い、前記熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを算出する熱間プレス成形解析工程と、該熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価する熱間プレス成形品評価工程とを備えたものであって、前記熱間プレス成形品評価工程においては、熱間プレス成形品に発生したマイクロクラック最大深さと熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みとの予め求めた相関を用いることを特徴とするものである。
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記熱間プレス成形品評価工程は、前記熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みにより評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には、前記熱間プレス成形条件設定工程で設定された熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品の疲労寿命の劣化は許容範囲内であると評価し、前記評価されたマイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件設定工程で設定された熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品の疲労寿命の劣化は許容範囲外であると評価することを特徴とするものである。
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記熱間プレス成形品は、ダイとパンチを用いてプレス成形されたものであり、かつ、天板部、縦壁部及びフランジ部を有するハット断面形状であって、前記熱間プレス成形評価工程においてマイクロクラック最大深さを評価する部位は、前記ダイの肩部Ｒ止まり近傍の前記熱間プレス成形品の縦壁部とすることを特徴とするものである。
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記熱間プレス成形品評価工程における表層部は、前記熱間プレス成形品の表面から30μmまでの深さとすることを特徴とするものである。
（５）本発明に係る熱間プレス成形品の製造方法は、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する熱間プレス成形品の製造方法であって、前記熱間プレス成形品の解析モデルを設定する解析モデル設定工程と、熱間プレス成形条件を設定する熱間プレス成形条件設定工程と、前記熱間プレス成形条件で前記解析モデルの熱間プレス成形解析を行い、前記熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを算出する熱間プレス成形解析工程と、該熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価し、該評価したマイクロクラックの最大深さによって、前記熱間プレス成形条件の適否を判定する熱間プレス成形条件判定工程と、該熱間プレス成形条件判定工程において熱間プレス成形条件が適正であると判定された場合には、前記熱間プレス成形条件で熱間プレス成形品を実際に製造する熱間プレス成形品製造工程と、前記熱間プレス成形条件判定工程において熱間プレス成形条件が適正でないと判定された場合には、前記熱間プレス成形条件を変更する熱間プレス成形条件変更工程とを備え、該熱間プレス成形条件変更工程で変更された場合には、変更された熱間プレス成形条件で前記熱間プレス成形解析工程と前記熱間プレス成形条件判定工程を再び行い、前記熱間プレス成形条件判定工程においては、熱間プレス成形品に発生したマイクロクラック最大深さと熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みとの予め定めた相関を用いることを特徴とするものである。
（６）上記（５）に記載のものにおいて、前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には、前記熱間プレス成形条件が適正であると判定し、前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件が適正でないと判定することを特徴とするものである。
（６）上記（５）に記載のものにおいて、前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には、前記熱間プレス成形条件が適正であると判定し、前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件が適正でないと判定することを特徴とするものである。
（７）上記（５）又は（６）に記載のものにおいて、前記熱間プレス成形品は、ダイとパンチを用いてプレス成形されたものであり、かつ、天板部、縦壁部及びフランジ部を有するハット断面形状であって、前記熱間プレス成形条件判定工程において前記マイクロクラック最大深さを評価する部位は、前記ダイの肩部Ｒ止まり近傍の前記熱間プレス成形品の縦壁部とすることを特徴とするものである。
（８）上記（５）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記熱間プレス成形条件判定工程における表層部は、前記熱間プレス成形品の表面から30μmまでの深さとすることを特徴とするものである。
本発明は、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレス成形を施して製造される熱間プレス成形品の熱間プレス成形解析を行い、前記熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを算出し、該相当塑性歪みに基づいてマイクロクラック最大深さを評価するようにしたので、疲労寿命の劣化が許容範囲内である熱間プレス成形品であるかどうかを、実際のプレス成形を行わなくても、煩雑な手間を要することなく、簡易な方法により評価することができる。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る熱間プレス成形品の評価方法は、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板を加熱してプレス成形する熱間プレス成形解析を行い、該熱間プレス成形解析の結果に基づいて熱間プレス成形品のマイクロクラックの最大深さを評価するものであって、図１に示すように、解析モデル設定工程（Ｓ１）、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）と、熱間プレス成形品評価工程（Ｓ７）を備えたものである。
以下、熱間プレス成形品及び各工程（Ｓ１〜Ｓ７）について詳細に説明する。
本発明の実施の形態１に係る熱間プレス成形品の評価方法は、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板を加熱してプレス成形する熱間プレス成形解析を行い、該熱間プレス成形解析の結果に基づいて熱間プレス成形品のマイクロクラックの最大深さを評価するものであって、図１に示すように、解析モデル設定工程（Ｓ１）、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）と、熱間プレス成形品評価工程（Ｓ７）を備えたものである。
以下、熱間プレス成形品及び各工程（Ｓ１〜Ｓ７）について詳細に説明する。
＜熱間プレス成形品＞
本実施の形態１で対象とする熱間プレス成形品１１は、例として図２に示すように、天板部１３と縦壁部１５とフランジ部１７を有するハット断面形状である。
前述のとおり、このような形状の熱間プレス成形品１１においては、縦壁部１５におけるプレス成形に用いるダイの肩部Ｒ止まり近傍と接触する縦壁部１５は、プレス成形の進行に伴って、フランジ部１７からダイ肩Ｒ部を経由し縦壁部１５となった部分であり、その表面はダイ肩Ｒ部で曲げ圧縮され圧縮歪みを受けた後、縦壁部で曲げ戻されて引張歪みを受ける部位でマイクロクラックが発生するという知見が得られている。
本実施の形態１で対象とする熱間プレス成形品１１は、例として図２に示すように、天板部１３と縦壁部１５とフランジ部１７を有するハット断面形状である。
前述のとおり、このような形状の熱間プレス成形品１１においては、縦壁部１５におけるプレス成形に用いるダイの肩部Ｒ止まり近傍と接触する縦壁部１５は、プレス成形の進行に伴って、フランジ部１７からダイ肩Ｒ部を経由し縦壁部１５となった部分であり、その表面はダイ肩Ｒ部で曲げ圧縮され圧縮歪みを受けた後、縦壁部で曲げ戻されて引張歪みを受ける部位でマイクロクラックが発生するという知見が得られている。
＜解析モデル設定工程＞
解析モデル設定工程（Ｓ１）は、対象となるブランク材の特性ならびに該ブランク材の解析モデルを作成する工程である。
解析モデル設定工程（Ｓ１）は、対象となるブランク材の特性ならびに該ブランク材の解析モデルを作成する工程である。
ブランク材の特性としては、板厚、形状、熱物性値（比熱、熱伝導率など）、機械的物性値（ヤング率、応力−歪み曲線など）がある。熱間プレス成形では、ブランク材の温度がプレス成形中に変化するため、熱物性値や機械的物性値などは温度に依存したデータとするのが好ましい。
また、プレス成形に用いる金型とブランク材の接触による伝熱も解析するため、金型とブランク材の接触熱抵抗を与える。また、金型内部の熱伝導を考慮するために、金型材料の熱物性値（比熱、熱伝導率など）も必要であって、これらは温度依存データとするのが好ましい。
また、プレス成形に用いる金型とブランク材の接触による伝熱も解析するため、金型とブランク材の接触熱抵抗を与える。また、金型内部の熱伝導を考慮するために、金型材料の熱物性値（比熱、熱伝導率など）も必要であって、これらは温度依存データとするのが好ましい。
ブランク材の解析モデルは、例えば、３次元解析用シェル要素などでモデル化されるものである。
シェル要素を用いてブランク材をモデル化する場合、ブランク材の歪みを算出するためには、ブランク材の板厚方向に積分点を設定する必要がある。マイクロクラックはその深さが30μm以下の微小割れであることから、本実施の形態１では、板厚方向に設定する積分点のうちブランク材表面に最も近い積分点の位置が30μm以下となるように板厚方向の積分点数を設定するのが好ましく、本例ではブランク材の表面から30μmの深さまでの表層部における相当塑性歪みを求める。
シェル要素を用いてブランク材をモデル化する場合、ブランク材の歪みを算出するためには、ブランク材の板厚方向に積分点を設定する必要がある。マイクロクラックはその深さが30μm以下の微小割れであることから、本実施の形態１では、板厚方向に設定する積分点のうちブランク材表面に最も近い積分点の位置が30μm以下となるように板厚方向の積分点数を設定するのが好ましく、本例ではブランク材の表面から30μmの深さまでの表層部における相当塑性歪みを求める。
板厚方向の積分点の位置は、熱間プレス成形解析における数値積分に対して設定される積分点数により異なる。例えば、数値積分にガウス−ルジャンドル求積法を用いると、積分点数が5の場合、鋼板表面から最も近い最表層の積分点の位置は鋼板表面から板厚の5%分だけ板厚方向の中心に近い位置にあり、積分点数が7の場合、鋼板の表面から2.5%分だけ板厚方向の中心に近い位置にある。積分点数を7よりも大きくすると、最表層の積分点はさらに鋼板の表面に近い位置となる。
すなわち、ブランク材の板厚が1.2mmの場合、積分点数が5では最表層の積分点位置は当該鋼板の表面から60μmとなるのに対し、積分点数が7では最表層の積分点位置は30μmとなる。したがって、板厚1.2mmのブランク材の場合、最表層の積分点位置を30μm以下とするためには、積分点数を7以上とするとよい。
＜熱間プレス成形条件設定工程＞
熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）は、熱間プレス成形解析を行う際の熱間プレス成形条件を設定する工程である。
該熱間プレス成形条件としてはプレス成形方法が重要であり、プレス成形方法には図３（ａ）に示すドロー成形や、図３（ｂ）に示すフォーム成形などがある。
熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）は、熱間プレス成形解析を行う際の熱間プレス成形条件を設定する工程である。
該熱間プレス成形条件としてはプレス成形方法が重要であり、プレス成形方法には図３（ａ）に示すドロー成形や、図３（ｂ）に示すフォーム成形などがある。
ドロー成形は、ダイ３とブランクホルダー５でブランク材１を挟んだ状態でプレス成形する方法である。ブランクホルダー５によるブランク材１の押付け力（しわ押さえ力）は、ドロー成形におけるプレス成形条件の一つである。
フォーム成形は、成形開始時においてブランクホルダー５をブランク材１に接触しない成形下死点に配置し、ブランクホルダー５によるブランク材１のしわ押さえなしでプレス成形する方法である。
フォーム成形は、成形開始時においてブランクホルダー５をブランク材１に接触しない成形下死点に配置し、ブランクホルダー５によるブランク材１のしわ押さえなしでプレス成形する方法である。
その他のプレス成形条件として、ダイ３の変位−時間曲線やブランク材１１の加熱温度などが挙げられる。加熱装置によるブランク材１１の加熱および加熱装置からプレス機までの搬送中に起こる冷却によるブランク材１１の温度履歴を考慮することで、より詳細に熱間プレス成形を解析することが可能であるが、実用上は、プレス成形開始時におけるブランク材１１の初期温度をプレス成形条件として与えるだけで十分である。そのため、該熱間プレス成形条件設定工程においては、ブランク材１１の温度履歴を考慮するかどうか、さらにプレス成形開始時におけるブランク材１１の初期温度などを設定する。
＜熱間プレス成形解析工程＞
熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）は、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）で設定されたプレス成形条件の下で、前記解析モデル設定工程（Ｓ１）で設定された解析モデルの熱間プレス成形解析を実施する。該熱間プレス成形解析は有限要素法(FEM)による構造解析ソフトウェアを用いて行うことができる。
熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）は、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）で設定されたプレス成形条件の下で、前記解析モデル設定工程（Ｓ１）で設定された解析モデルの熱間プレス成形解析を実施する。該熱間プレス成形解析は有限要素法(FEM)による構造解析ソフトウェアを用いて行うことができる。
該熱間プレス成形解析を行うことで、成形下死点における熱間プレス成形品の相当塑性歪みが算出される。該相当塑性歪みは、熱間プレス成形解析で用いる板厚方向の積分点位置において求められる。
＜熱間プレス成形品評価工程＞
熱間プレス成形品評価工程（Ｓ７）は、前記熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）で算出された熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価する工程である。
熱間プレス成形品評価工程（Ｓ７）は、前記熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）で算出された熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価する工程である。
該マイクロクラック最大深さの評価は、前記熱間プレス成形解析でモデル化されたブランク材のシェル要素毎に算出された相当塑性歪みと、実際に製造された熱間プレス成形品において前記シェル要素と対応する位置における一定範囲の部位にて測定されたマイクロクラック最大深さとの予め求めた相関を用いて行う。
図５に、表層部相当塑性歪みとマイクロクラック最大深さの相関の一例を示す。図５において、横軸は熱間プレス成形解析でモデル化されたシェル要素においてブランク材表面から30μmの位置にある積分点での相当塑性歪みであり、縦軸は実際に製造した熱間プレス成形品において測定したマイクロクラック最大深さである。
熱間プレス成形解析で算出される熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みは板厚方向の位置によって異なるため、本実施の形態１では該表層部における相当塑性歪みとして、（Ａ）熱間プレス成形品１１の表面から30μm以内の同一位置にある積分点における相当塑性歪み、もしくは、（Ｂ）板厚方向の各積分点における相当塑性歪みを外挿補間して求めた熱間プレス成形品１１の表面における相当塑性歪み、のいずれかを用いる。
（Ａ）の場合、板厚方向の積分点のうち最も表面処理鋼板の表面に近い積分点の位置は、表面処理鋼板の表面から30μm以内とするのが好ましい。前記解析モデル設定工程（Ｓ１）について説明したとおり、表面処理鋼板の板厚が1.2mmの場合を例に挙げると、板厚方向の積分点のうち最も表面に近い積分点の位置を表面処理鋼板の表面から30μmとするためには、積分点数を7以上とする必要がある。積分点数が7よりも少ない場合、表面処理鋼板の表面から最も近い積分点の位置は30μm以上離れた位置となる。
一方、（Ｂ）の場合、図６に示すように、板厚方向の各積分点における相当塑性歪みを外挿補間し、熱間プレス成形品１１の表面における相当塑性歪みを求める。外挿補間により熱間プレス成形品１１の表面における相当塑性歪みを求める方法として、板厚方向の積分点のうち表面処理鋼板の表面に近い２点（積分点１及び積分点２）の値を線形補間する（図６（ａ））、もしくは、板厚方向の積分点のうち鋼板表面に近い３点（積分点１、積分点２及び積分点３）の値を２次補間する（図６（ｂ））などがあるが、外挿補間によって得られる相当塑性歪みの値に大きな差異はないので、どちらの方法を用いても良い。
ただし、上記（Ａ）と（Ｂ）の方法によって求められた相当塑性歪みの値は異なるため、相当塑性歪みとマイクロクラック深さの相関は、前記（Ａ）又は（Ｂ）それぞれの方法に対して予め求める必要がある。
さらに、上述のとおり、実際に製造した熱間プレス成形品１１の各部位から切り出した試験片におけるマイクロクラック深さの測定と、該試験片に対して疲労試験を行い、疲労寿命とマイクロクラック深さとの関係を調査した。その結果、マイクロクラック深さが20μm以下のマイクロクラックは熱間プレス成形品１１の疲労寿命を劣化するものではないとの知見が得られた。
この知見により、該熱間プレス成形品評価工程において、前記熱間プレス成形解析工程で用いた熱間プレス成形条件で製造された熱間プレス成形品１１の疲労寿命を評価することができる。
すなわち、該熱間プレス成形品評価工程にて評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以下の場合、前記熱間プレス解析で用いた熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品１１の疲労寿命の劣化は許容範囲内であると評価できる。
一方、該熱間プレス成形品評価工程にて評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以上である場合、前記熱間プレス成形解析における熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品１１の疲労寿命の劣化は許容範囲外であると評価できる。
すなわち、該熱間プレス成形品評価工程にて評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以下の場合、前記熱間プレス解析で用いた熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品１１の疲労寿命の劣化は許容範囲内であると評価できる。
一方、該熱間プレス成形品評価工程にて評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以上である場合、前記熱間プレス成形解析における熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品１１の疲労寿命の劣化は許容範囲外であると評価できる。
上記の説明では、熱間プレス成形解析を行い、成形下死点における熱間プレス成形品１１全体の表層部の相当塑性歪みを求めているが、マイクロクラックが発生しやすいのは、プレス成形途中でブランク材１が曲げ及び曲げ戻し変形を受ける熱間プレス成形品１１の縦壁部１５であり、特に、縦壁部１５のうち、図２中の丸Ａで囲むダイの肩部Ｒ止まり近傍である。
そのため、ハット断面形状の熱間プレス成形品１１の縦壁部１５のうち前記肩部Ｒ止まり近傍の表層部に限定して相当塑性歪みを求め、熱間プレス成形品１１に発生するマイクロクラック最大深さを評価しても実用上は問題なく、当該評価に係る手間を削減することができる。
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は熱間プレス成形品の製造方法に関するものであり、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板（ブランク材）に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する際に、疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制できる熱間プレス成形条件を決定し、該熱間プレス成形条件で熱間プレス成形品を実際に製造する熱間プレス成形品の製造方法であって、図７に示すように、解析モデル設定工程（Ｓ１）と、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）と、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）と、熱間プレス成形条件判定工程（Ｓ７）と、熱間プレス成形条件変更工程（Ｓ９）と、熱間プレス成形品製造工程（Ｓ１１）とを備えたものである。
本発明の実施の形態２は熱間プレス成形品の製造方法に関するものであり、Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板（ブランク材）に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する際に、疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制できる熱間プレス成形条件を決定し、該熱間プレス成形条件で熱間プレス成形品を実際に製造する熱間プレス成形品の製造方法であって、図７に示すように、解析モデル設定工程（Ｓ１）と、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）と、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）と、熱間プレス成形条件判定工程（Ｓ７）と、熱間プレス成形条件変更工程（Ｓ９）と、熱間プレス成形品製造工程（Ｓ１１）とを備えたものである。
実施の形態２において、解析モデル設定工程と、熱間プレス成形条件設定工程と、熱間プレス成形解析工程は、前述した実施の形態１と同様であるため、以下、熱間プレス成形条件判定工程、熱間プレス成形条件変更工程、熱間プレス成形品製造工程について詳細に説明する。また、実施の形態２で対象とする熱間プレス成形品１１についても、前述した実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を割愛する。
＜熱間プレス成形条件判定工程＞
熱間プレス成形条件判定工程（Ｓ７）は、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）により得られた熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みの値に基づいてマイクロクラック最大深さを求め、該マイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には前記熱間プレス成形解析工程で用いた熱間プレス成形条件は適正であると判定し、前記マイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件は適正ではないと判定する工程である。
熱間プレス成形条件判定工程（Ｓ７）は、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）により得られた熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みの値に基づいてマイクロクラック最大深さを求め、該マイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には前記熱間プレス成形解析工程で用いた熱間プレス成形条件は適正であると判定し、前記マイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件は適正ではないと判定する工程である。
熱間プレス成形品の表層部における前記相当塑性歪みとして、実施の形態１と同様に、（Ａ）熱間プレス成形品１１の表面に最も近い積分点における相当塑性歪みの値（図６（ａ））、もしくは、（Ｂ）板厚方向の積分点における相当塑性歪みの値を外挿して算出した熱間プレス成形品１１の表面における相当塑性歪み（図６（ｂ））、のいずれかを用いる。
上記（Ａ）又は（Ｂ）により求めた相当塑性歪みを用いてマイクロクラック最大深さを求めるためには、（Ａ）又は（Ｂ）それぞれの方法に対して相当塑性歪みとマイクロクラック最大深さの相関を予め求める。
上記（Ａ）又は（Ｂ）により求めた相当塑性歪みを用いてマイクロクラック最大深さを求めるためには、（Ａ）又は（Ｂ）それぞれの方法に対して相当塑性歪みとマイクロクラック最大深さの相関を予め求める。
上記の説明では、熱間プレス成形解析を行い、成形下死点における熱間プレス成形品１１全体の表層部の相当塑性歪みを求めているが、マイクロクラックが発生しやすいのは、プレス成形途中でブランク材が曲げ及び曲げ戻し変形を受ける熱間プレス成形品１の縦壁部５であり、特に、該縦壁部のうち、図２中の丸Ａで囲むダイの肩部Ｒ止まり近傍である。
従って、相当塑性歪みは、熱間プレス成形品１１全体の表層部を対象とするものではなく、図２に示すハット断面形状の熱間プレス成形品１１においては、図２中の丸Ａで囲む熱間プレス成形品１１の長手方向中央の縦壁部１５のうち前記肩部Ｒ止まり近傍の表層部に限定して相当塑性歪みを求め、該相当塑性歪みの値により熱間プレス成形条件を判定しても実用上は問題ない。
＜熱間プレス成形条件変更工程＞
前記熱間プレス成形条件判定工程において、熱間プレス成形条件が疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制するのに十分ではないと判定された場合、該熱間プレス成形条件変更工程において熱間プレス成形条件を変更し、熱間プレス成形解析工程において熱間プレス成形解析を実施する。
前記熱間プレス成形条件判定工程において、熱間プレス成形条件が疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制するのに十分ではないと判定された場合、該熱間プレス成形条件変更工程において熱間プレス成形条件を変更し、熱間プレス成形解析工程において熱間プレス成形解析を実施する。
変更する熱間プレス成形条件としては、プレス成形方法（ドロー成形又はフォーム成形）、しわ押さえ力、加熱した鋼板のプレス成形に用いるダイの変位−時間曲線、プレス成形開始時の鋼板初期温度などがある。
＜熱間プレス成形品製造工程＞
熱間プレス成形品製造工程（Ｓ１１）は、Zn-Niめっき層が素地鋼板２５の表面に形成された表面処理鋼板であるブランク材１に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する工程であって、Ac3変態点以上で1000℃以下の温度域に加熱したブランク材１を、ダイ３とブランクホルダー５及びパンチ７によってプレス成形を行うプレス成形工程と、前記ブランク材１を金型で挟んだまま保持して前記ブランク材１を焼入れる焼入れ工程とを備えたものである。
熱間プレス成形品製造工程（Ｓ１１）は、Zn-Niめっき層が素地鋼板２５の表面に形成された表面処理鋼板であるブランク材１に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する工程であって、Ac3変態点以上で1000℃以下の温度域に加熱したブランク材１を、ダイ３とブランクホルダー５及びパンチ７によってプレス成形を行うプレス成形工程と、前記ブランク材１を金型で挟んだまま保持して前記ブランク材１を焼入れる焼入れ工程とを備えたものである。
熱間プレス成形部材の素材（ブランク材１）としては、素地鋼板２５の表面にZn-Niめっき層が設けられたものを用いる。鋼板表面にZn-Niめっき層を設けることにより、熱間プレス成形後の部材の耐食性を確保することができる。
素地鋼板２５の表面にZn-Niめっき層を形成する方法は特に限定されず、溶融めっき、電気めっきなどいずれの方法でもよい。めっきの付着量は、片面あたり10g/m2以上90g/m2以下とすることが好ましい。
素地鋼板２５の表面にZn-Niめっき層を形成する方法は特に限定されず、溶融めっき、電気めっきなどいずれの方法でもよい。めっきの付着量は、片面あたり10g/m2以上90g/m2以下とすることが好ましい。
めっき層中のNi含有量を9質量%以上25質量%以下とすることが好ましい。電気めっき法によりZn-Niめっき層を素地鋼板２５の表面に形成する際、めっき層中のNi含有量を9質量%以上25質量%以下とすることで、Ni2Zn11、NiZn3、Nｉ5Zn21のいずれかの結晶構造を有するγ相が形成される。このγ相は融点が高いことから、熱間プレス成形前のブランク材１加熱時に懸念されるめっき層の蒸発を抑制する上で有利となる。また、高温の熱間プレス成形時に問題となる液体金属脆化割れの抑制にも有利となる。
ブランク材１は、Ac3変態点以上で1000℃以下の温度域に加熱する。ブランク材１の加熱温度がAc3変態点未満であると、加熱時に適切な量のオーステナイトが得られず、プレス成形時にフェライトが存在することで熱間プレス成形後に十分な強度を得ることや良好な形状凍結性を確保することが困難となる。一方、ブランク材１の加熱温度が1000℃を越えると、めっき層の蒸発や表層部での酸化物の過度な生成により、耐酸化性や熱間プレス成形部材の耐食性が低下する。したがって、加熱温度はAc3変態点以上1000℃以下とするとよい。より好ましくはAc3変態点+30℃以上950℃以下である。表面処理鋼板１の加熱方法は特に限定されず、電気炉や誘導加熱炉、直接通電加熱炉による加熱等、いずれの方法であってもよい。
また、プレス成形方法についても特に限定されないが、図３(a)に示したように、ダイ３とブランクホルダー５でブランク材１を挟んだまま成形を行うドロー成形、あるいは図３(b)に示したように成形を行うフォーム成形などが可能である。マイクロクラック抑制の観点からは縦壁の加工度が小さくなるフォーム成形の方が好ましい。
なお、パッドを活用することができる。
使用するプレス機については特に限定されないが、スライドの移動速度を変化させる場合や、スライドを一旦停止させるような制御を行う場合はサーボプレス機の使用が必要となる。
なお、パッドを活用することができる。
使用するプレス機については特に限定されないが、スライドの移動速度を変化させる場合や、スライドを一旦停止させるような制御を行う場合はサーボプレス機の使用が必要となる。
＜焼入れ工程＞
焼入れ工程は、ブランク材１を金型で挟んだまま保持して焼入れる工程である。プレス成形後に金型により焼入れるためには、プレス成形後に下死点においてスライドを停止することが好ましい。停止時間は金型による抜熱量により異なるが3秒以上とすることが好ましい。
焼入れ工程は、ブランク材１を金型で挟んだまま保持して焼入れる工程である。プレス成形後に金型により焼入れるためには、プレス成形後に下死点においてスライドを停止することが好ましい。停止時間は金型による抜熱量により異なるが3秒以上とすることが好ましい。
本発明において熱間プレス成形部材の素材として用いるブランク材１は、その製造条件に特段の制限はない。素地鋼板２５の製造条件は特に限定されず、例えば所定の成分組成を有する熱延鋼板（酸洗鋼板）や熱延鋼板に冷間圧延を施すことにより得られる冷延鋼板を素地鋼板２５としても良い。
素地鋼板２５の表面に、Zn-Niめっき層を形成してブランク材１とする際の条件も、特に限定されない。素地鋼板２５として熱延鋼板（酸洗鋼板）を用いる場合には、熱延鋼板（酸洗鋼板）にZn-Niめっき処理を施すことにより、ブランク材１とすることができる。
一方、素地鋼板２５として冷延鋼板を用いる場合には、冷間圧延後、Zn-Niめっき処理を施すことにより、ブランク材１とすることができる。
素地鋼板２５表面にZn-Niめっき層を形成する場合、例えば、素地鋼板２５を、脱脂、酸洗した後、100g/L以上400g/L以下の硫酸ニッケル六水和物、10g/L以上400g/L以下の硫酸亜鉛七水和物を含有するpH1.0以上3.0以下、浴温30℃以上70℃以下のめっき浴中で、10A/dm2以上150A/dm2以下の電流密度で電気めっき処理を行うことにより、Zn-Niめっき層を形成することができる。なお、素地鋼板２５として冷延鋼板を用いる場合には、上記脱脂、酸洗に先立ち、冷延鋼板に焼鈍処理を施してもよい。めっき層中のNi含有量は、硫酸亜鉛七水和物の濃度や電流密度を上記の範囲内で適宜調整することにより、所望のNi含有量（例えば、9質量%以上25質量%以下）とすることができる。また、Zn-Niめっき層の付着量は、通電時間を調整することにより、所望の付着量（例えば、片面あたり10g/m2以上90g/m2以下）とすることができる。
以上より、実施の形態１と同様に熱間プレス成形解析を行い、成形下死点での熱間プレス成形品１１の表層部における相当塑性歪みの値に基づき、疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生の有無を評価し、該マイクロクラックが発生しないと評価された前記熱間プレス成形品１１の熱間プレス成形条件の下で実際に熱間プレス成形品１１を製造することによって、疲労需要の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制して熱間プレス成形品を製造することができる。
本発明に係る熱間プレス成形品の評価方法の効果を確認する実験を行ったので、以下に説明する。
本実施例は、長さ400mm、幅200mm、板厚1.2mmのブランク材を用いて製造された天板部３３と縦壁部３５とフランジ部３７を備えるハット断面形状の熱間プレス成形品３１（図８参照）に発生するマイクロクラック最大深さを評価するものである。
本実施例は、長さ400mm、幅200mm、板厚1.2mmのブランク材を用いて製造された天板部３３と縦壁部３５とフランジ部３７を備えるハット断面形状の熱間プレス成形品３１（図８参照）に発生するマイクロクラック最大深さを評価するものである。
前記ブランク材には、Zn-12%Niめっき表面処理鋼板（Ni含有量12質量％）を用い、めっきの付着量は40g/m2とした。前記ブランク材を電気加熱炉内で900℃まで加熱し、900℃で60秒間保持する。前記電気加熱炉内で保持した後、前記ブランク材をプレス機に搬送して700℃に達した時点で熱間プレス成形を開始する。成形下死点にて前記ブランク材を20秒間保持して焼き入れを行い、その後離型して熱間プレス成形品３１を得た。
本実施例の熱間プレス成形条件を表１に示す。プレス成形方法は、ブランクホルダー５によるしわ押さえを行うドロー成形（図３（ａ））、又は、ブランクホルダー５を成形下死点の位置に固定して、プレス成形中にしわ押さえを効かせないフォーム成形（図３（ｂ））の２種類とし、ドロー成形においてはしわ押さえ力を100kNとした。
熱間プレス成形品３１を、長手方向中央において長手方向に垂直な断面で切断し、縦壁部３５において熱間プレス成形品３１の表側（ダイ側）に発生したマイクロクラックの深さhを測定した。ここで、マイクロクラック深さhは、図４に示すように、めっき層２３と素地鋼板２５との界面からマイクロクラック２１の先端までの距離とし、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて測定した（倍率1000倍）。なお、ドロー成形及びフォーム成形のいずれのプレス成形方法でも、最大のマイクロクラック深さ（マイクロクラック最大深さ）が測定されたのは縦壁部３５におけるダイの肩部R止まり近傍の部位（図８中、丸Ａで囲む部位）であり、該部位におけるマイクロクラックは、縦壁部３５の他の部位におけるマイクロクラックと比較して深くなる傾向が確認された。
表２に、マイクロクラック最大深さの実測結果を示す。ドロー成形した場合のマイクロクラックの最大深さは24μmで、疲労寿命の劣化が懸念される20μm以上であった。一方、フォーム成形した場合のマイクロクラックの最大深さは17μmで、マイクロクラックによる疲労寿命の劣化がない20μm以下の水準であった。
次に、本発明に係る熱間プレス成形品の評価方法により、熱間プレス成形品３１に発生するマイクロクラック最大深さを評価した。
まず、前記ブランク材をシェル要素（要素サイズ2mm×2mm）によりモデル化した。板厚方向の積分点は、各シェル要素の中心に７点設定した。前記ブランク材及びプレス成形に用いた金型の熱物性値や機械的特性は温度依存データとした。
まず、前記ブランク材をシェル要素（要素サイズ2mm×2mm）によりモデル化した。板厚方向の積分点は、各シェル要素の中心に７点設定した。前記ブランク材及びプレス成形に用いた金型の熱物性値や機械的特性は温度依存データとした。
次に、熱間プレス成形条件設定工程（Ｓ３）において、表１に示す各条件を熱間プレス成形条件として設定し、プレス成形方法としてドロー成形（図３（ａ））又はフォーム成形（図３（ｂ））を適用した。
ドロー成形の場合（図３（ａ））、しわ押さえ力100kNの一定値でブランクホルダー５とダイ３でブランク材１を挟んだ状態でパンチ７に押し付けてプレス成形するものとした。
一方、フォーム成形の場合（図３（ｂ））、ブランクホルダー５を成形下死点の位置に固定し、ブランクホルダー５とダイ３でブランク材１を挟み込まないものとした。
ドロー成形の場合（図３（ａ））、しわ押さえ力100kNの一定値でブランクホルダー５とダイ３でブランク材１を挟んだ状態でパンチ７に押し付けてプレス成形するものとした。
一方、フォーム成形の場合（図３（ｂ））、ブランクホルダー５を成形下死点の位置に固定し、ブランクホルダー５とダイ３でブランク材１を挟み込まないものとした。
該熱間プレス成形条件で、熱間プレス成形解析工程（Ｓ５）において熱間プレス成形解析を実施した。該熱間プレス成形解析は伝熱解析と構造解析を連成させる熱・構造連成解析であるが、本実施例において、前記ブランク材の加熱と加熱装置からプレス機までの搬送中の冷却については伝熱解析を行わず、熱間プレス成形開始時にブランク材の温度は700℃で一定であると仮定した。さらに、ドロー成形又はフォーム成形のいずれのプレス成形方法においても、熱間プレス成形解析は成形下死点まで行い、該成形下死点における熱間プレス成形品３１の相当塑性歪みεを求める。
次に、熱間プレス成形品評価工程（Ｓ７）において、成形下死点での縦壁部３５の表側最表層における相当塑性歪みの最大値に基づいて、該部位におけるマイクロクラック最大深さを評価する。
表２に相当塑性歪みの最大値と、マイクロクラック最大深さの評価値及び実測値を示す。表２において、相当塑性歪みの最大値は、熱間プレス成形品３１の表面から30μmの位置にある積分点での相当塑性歪みの値であり、マイクロクラック最大深さの評価値は、前記相当塑性歪みの最大値に対して図５に示す相当塑性歪みとマイクロクラック最大深さの相関から読み取ったマイクロクラック最大深さである。
ドロー成形及びフォーム成形のいずれのプレス成形方法でも、相当塑性歪みが最大となったのは縦壁部３５におけるダイ３の肩部R止まり近傍の部位（図８中、丸Ａで囲む部位）であった。 ドロー成形の場合、最大相当塑性歪みは0.32であり、図５に示す相関より求まるマイクロクラック最大深さは22.2μmであるため、ドロー成形を適用した熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品３１には疲労寿命を低下させるマイクロクラックが発生すると評価できる。
一方、熱間プレス成形条件としてフォーム成形を適用した場合、相当塑性歪みの最大値は0.28であり、図５に示す相関より求まるマイクロクラック最大深さは18.3μmであるため、フォーム成形を適用した熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品３１には疲労寿命を低下させるマイクロクラックが発生していないと評価できる。
また、熱間プレス成形解析により算出した相当塑性歪みから評価されたマイクロクラック最大深さは、実際に製造した熱間プレス成形品３１において測定したマイクロクラック最大深さの傾向と一致し、本発明に係る熱間プレス成形品の評価方法が妥当であることを示している。
以上より、実際に熱間プレス成形品を製造する熱間プレス成形条件の下で熱間プレス成形解析を行い、熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みに基づいて、熱間プレス成形品の耐疲労特性の低下に係るマイクロクラックが発生するかどうかを簡易かつ適切に評価することができる。
また、種々の熱間プレス成形条件において熱間プレス成形品を実際に製造し、該熱間プレスから切り出した試験片のマイクロクラック深さを測定する方法に比べて、簡便かつ多大な時間及び費用を要せずに疲労寿命の低下に係るマイクロクラックの発生を抑制する熱間プレス成形条件を熱間プレス成形解析に基づいて決定し、該熱間プレス成形条件の下で熱間プレス成形品を実際に製造することで、マイクロクラックの発生を抑制し、耐疲労特性に優れた熱間プレス成形品を製造することができる。
１ ブランク材
３ ダイ
５ ブランクホルダー
７ パンチ
１１ 熱間プレス成形品
１３ 天板部
１５ 縦壁部
１７ フランジ部
２１ マイクロクラック
２３ めっき層
２５ 素地鋼板
３１ 熱間プレス成形品
３３ 天板部
３５ 縦壁部
３７ フランジ部
３ ダイ
５ ブランクホルダー
７ パンチ
１１ 熱間プレス成形品
１３ 天板部
１５ 縦壁部
１７ フランジ部
２１ マイクロクラック
２３ めっき層
２５ 素地鋼板
３１ 熱間プレス成形品
３３ 天板部
３５ 縦壁部
３７ フランジ部
Claims (8)
- Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレス成形を施して製造される熱間プレス成形品を評価する熱間プレス成形品の評価方法であって、以下の工程をコンピュータを用いて行うものであり、
前記熱間プレス成形品の解析モデルを設定する解析モデル設定工程と、
熱間プレス成形条件を設定する熱間プレス成形条件設定工程と、
前記熱間プレス成形条件で前記解析モデルの熱間プレス成形解析を行い、前記熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを算出する熱間プレス成形解析工程と、
該熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価する熱間プレス成形品評価工程とを備えたものであって、
前記熱間プレス成形品評価工程においては、熱間プレス成形品に発生したマイクロクラック最大深さと熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みとの予め求めた相関を用いることを特徴とする熱間プレス成形品の評価方法。 - 前記熱間プレス成形品評価工程は、前記熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みにより評価されたマイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には、前記熱間プレス成形条件設定工程で設定された熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品の疲労寿命の劣化は許容範囲内であると評価し、
前記評価されたマイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件設定工程で設定された熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品の疲労寿命の劣化は許容範囲外であると評価することを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形品の評価方法。 - 前記熱間プレス成形品は、ダイとパンチを用いてプレス成形されたものであり、かつ、天板部、縦壁部及びフランジ部を有するハット断面形状であって、
前記熱間プレス成形評価工程においてマイクロクラック最大深さを評価する部位は、前記ダイの肩部Ｒ止まり近傍の前記熱間プレス成形品の縦壁部とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間プレス成形品の評価方法。 - 前記熱間プレス成形品評価工程における表層部は、前記熱間プレス成形品の表面から30μmまでの深さとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱間プレス成形品の評価方法。
- Zn-Niめっき層が素地鋼板の表面に形成された表面処理鋼板に熱間プレスを施して熱間プレス成形品を製造する熱間プレス成形品の製造方法であって、
前記熱間プレス成形品の解析モデルを設定する解析モデル設定工程と、
熱間プレス成形条件を設定する熱間プレス成形条件設定工程と、
前記熱間プレス成形条件で前記解析モデルの熱間プレス成形解析を行い、前記熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みを算出する熱間プレス成形解析工程と、
該熱間プレス成形解析工程で算出された相当塑性歪みに基づいて、前記熱間プレス成形条件で製造される熱間プレス成形品に発生するマイクロクラック最大深さを評価し、該評価したマイクロクラックの最大深さによって、前記熱間プレス成形条件の適否を判定する熱間プレス成形条件判定工程と、
該熱間プレス成形条件判定工程において熱間プレス成形条件が適正であると判定された場合には、前記熱間プレス成形条件で熱間プレス成形品を実際に製造する熱間プレス成形品製造工程と、
前記熱間プレス成形条件判定工程において熱間プレス成形条件が適正でないと判定された場合には、前記熱間プレス成形条件を変更する熱間プレス成形条件変更工程とを備え、
該熱間プレス成形条件変更工程で変更された場合には、変更された熱間プレス成形条件で前記熱間プレス成形解析工程と前記熱間プレス成形条件判定工程を再び行い、
前記熱間プレス成形条件判定工程においては、熱間プレス成形品に発生したマイクロクラック最大深さと熱間プレス成形品の表層部における相当塑性歪みとの予め求めた相関を用いることを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。 - 前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μm以下である場合には、前記熱間プレス成形条件が適正であると判定し、
前記熱間プレス成形条件判定工程で評価するマイクロクラック最大深さが20μmよりも大きい場合には、前記熱間プレス成形条件が適正でないと判定する、請求項５に記載の熱間プレス成形品の製造方法。 - 前記熱間プレス成形品は、ダイとパンチを用いてプレス成形されたものであり、かつ、天板部、縦壁部及びフランジ部を有するハット断面形状であって、
前記熱間プレス成形条件判定工程において前記マイクロクラック最大深さを評価する部位は、前記ダイの肩部Ｒ止まり近傍の前記熱間プレス成形品の縦壁部とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の熱間プレス成形品の製造方法。 - 前記熱間プレス成形条件判定工程における表層部は、前記熱間プレス成形品の表面から30μmまでの深さとすることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の熱間プレス成形品の製造方法。
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