JP6648874B1 - 熱間プレス成形品の製造方法、プレス成形品、ダイ金型、及び金型セット - Google Patents
熱間プレス成形品の製造方法、プレス成形品、ダイ金型、及び金型セット Download PDFInfo
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Abstract
Description
特許文献2:日本国特開2014−139350号公報
特許文献3:国際公開第2016/171273号
ところで、一般に非めっき材やめっき鋼板を使用して熱間プレス成形したとき、プレス成形品の縦壁部及びフランジ部となる部分等、めっき鋼板が摺動する熱間プレス成形用金型の摺動面に摩耗が発生する。このため、熱間プレス成形の高面圧部においては金型の摺動面に生じる摩耗対応として、金型手入れが必要である。特許文献1〜2のめっき鋼板により金型摩耗が軽減されることが期待されたが、特許文献1〜2をもってしても他の非めっき材やめっき鋼板と同様に金型摩耗を解決できなかった。
また、特許文献3に記載されるように表面に被覆層を備えた塑性加工用金型を用いても、熱間プレス成形の高面圧部においては金型の摺動面に生じる摩耗を解決できなかった。
また、本開示の課題は、摺動面の摩耗の発生を抑制するダイ金型、ダイ金型とパンチ金型との金型セット、およびダイ金型と鋼板おさえ金型との金型セットを提供することである。
また、本開示の課題は、表面品位に優れ且つ遅れ破壊の発生を抑制するプレス成形品を提供することである。
<1>
熱間プレス成形品の製造方法であって、
合金化溶融亜鉛めっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、ダイ金型のダイ穴を塞いで前記ダイ金型上に配置すること、および
前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板に前記ダイ金型を用いて熱間プレス成形すること、
を有し、
前記ダイ金型は、前記ダイ穴の外側の表面であって且つ前記熱間プレス成形される前の前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板と接触する鋼板接触面のうち、ダイ肩部に隣接する全領域に、前記ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有する熱間プレス成形品の製造方法。
<2>
前記硬質層は、最表層として窒化層を有する層である<1>に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
<3>
前記硬質層は、窒化層と、前記窒化層の表面にある硬質コーティング層と、を含む層である<1>又は<2>に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
<4>
前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、前記合金化溶融亜鉛めっき層の上に最表層として亜鉛化合物層または金属亜鉛層を有する<1>〜<3>のいずれか1項に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
鋼板製のプレス成形品であって、
前記鋼板は、硬さHv_PartsがHV400以上である鋼母材と、前記鋼母材上に合金化溶融亜鉛めっき層と、前記合金化溶融亜鉛めっき層上に最表層として酸化亜鉛層と、を有し、
前記プレス成形品は、天板部と、前記天板部に第1稜線部を介して接続する縦壁部と、前記縦壁部に第2稜線部を介して接続するフランジ部と、を有し、
前記第2稜線部において曲率半径が最小となる箇所での該曲率半径[Rmin]が3mm以上10mm未満であり、
前記プレス成形品の長手方向に直交かつ前記天板部に平行な方向から投影した前記フランジ部の曲率半径が最小となる箇所PB0minを含む前記プレス成形品の横断面において、前記天板部における幅方向での中心箇所PB1minでの平滑度[SaB1]と、前記縦壁部における高さ方向での中心箇所PB2minでの平滑度[SaB2]と、の差[SaB1−SaB2]が0.25μm以上であり、
前記天板部における前記箇所PB1minでの表面性状のアスペクト比[StrB1]と、前記縦壁部における前記箇所PB2minでの表面性状のアスペクト比[StrB2]と、の差[StrB1−StrB2]が0.50以下であるプレス成形品。
<6>
前記酸化亜鉛層の平均厚さが0.3μm以上2.0μm以下である<5>に記載のプレス成形品。
ダイ穴の外側の表面且つダイ肩部に隣接するダイ肩隣接面のうち、前記ダイ肩部に隣接する全領域に、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有するダイ金型。
<8>
前記硬質層は、最表層として窒化層を有する層である<7>に記載のダイ金型。
<9>
前記硬質層は、窒化層と、前記窒化層の表面にある硬質コーティング層と、を含む層である<7>又は<8>に記載のダイ金型。
<7>〜<9>のいずれか1項に記載のダイ金型と、パンチ金型と、を備え、
前記パンチ金型は、前記ダイ金型の前記ダイ肩隣接面に対向する対向面のうち、前記ダイ金型が前記硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する金型セット。
<11
前記第二硬質層は、最表層として第二窒化層を有する層である<10>に記載の金型セット。
<12>
前記第二硬質層は、第二窒化層と、前記第二窒化層の表面にある第二硬質コーティング層と、を含む層である<10>又は<11>に記載の金型セット。
<7>〜<9>のいずれか1項に記載のダイ金型と、鋼板おさえ金型と、を備え、
前記鋼板おさえ金型は、前記ダイ金型の前記ダイ肩隣接面に対向する対向面のうち、前記ダイ金型が前記硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ挿通部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する金型セット。
<14>
前記第二硬質層は、最表層として第二窒化層を有する層である<13>に記載の金型セット。
<15>
前記第二硬質層は、第二窒化層と、前記第二窒化層の表面にある第二硬質コーティング層と、を含む層である<13>又は<14>に記載の金型セット。
また、本開示によれば、摺動面の摩耗の発生を抑制するダイ金型、ダイ金型とパンチ金型との金型セット、およびダイ金型と鋼板おさえ金型との金型セットを提供することができる。
また、本開示によれば、表面品位に優れ且つ遅れ破壊の発生を抑制するプレス成形品を提供することができる。
本明細書において、「プレス成形品の長手方向」をx方向と定義する。x方向は、天板部の長手方向の端部それぞれの重心を結んだ線に沿った方向である。
また、「プレス成形品の長手方向に直交かつ天板部に平行な方向」をy方向と定義する。y方向は、プレス成形品を長手方向に直交するプレス成形品の横断面において、第1稜線部同士を結んだ線に沿った方向である。
本開示の一実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法について説明する。
本実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法は、
合金化溶融亜鉛めっき(以下単に「GAめっき」とも称す)層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、ダイ金型のダイ穴を塞いでダイ金型上に配置すること、および
前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板にダイ金型を用いて熱間プレス成形すること、
を有する熱間プレス成形品の製造方法である。
そして、前記ダイ金型は、ダイ穴の外側の表面であって且つ熱間プレス成形される前の前記GAめっき鋼板と接触する鋼板接触面のうち、ダイ肩部に隣接する全領域に、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有する。
合金溶融化亜鉛めっき鋼板をダイ金型のダイ穴を塞いでダイ金型上に配置するとき、合金化溶融亜鉛めっき鋼板はダイ穴の全部を塞いでもよいし、一部を塞いでもよい。例えば、図5のカップ状のハット材を成形する場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板はダイ穴の全部を塞いで配置する。また、図2の溝型のハット材を成形する場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板はダイ穴の一部を塞いで配置する。すなわち、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の端部はダイ穴を横断して配置される。
ZnO皮膜付きめっき鋼板は、めっき層の表面がZnO皮膜で覆われているため、熱間プレス成形したときでも、焼き付きによる凝着物のダイ金型の表面への凝着が抑えられる。その結果、ダイ金型の表面との摩擦係数が低減される。
ここで、スキューネスRskとは、JIS B 0601(2001年)に定義され、平均線に対しての山部と谷部の対称性を表す指標である。このRskが正(0<Rsk)のときは、山部及び谷部が平均線よりも下側へ偏在している状態を示す。一方、このRskが負(Rsk<0)のときは、山部及び谷部が平均線よりも上側へ偏在している状態を示す。つまり、Rskが負(Rsk<0)の場合、表面に突出する山部が少ない状態となっている。スキューネス(Rsk)が上記範囲であるということは、ダイ穴の外側から内側に向かう方向において、硬質層の表面が突出する山部が少ない状態である。つまり熱間プレス成形の際にダイ金型に対してGAめっき鋼板が摺動する方向において、硬質層の表面が突出する山部が少ない状態となっている。これにより、めっき鋼板と摺動する表面のダイ肩部に隣接する領域つまり高面圧がかかる箇所においても、摩耗が抑制される。
また、上記硬質層は、硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である。最表面層である硬質層の硬さが上記範囲であることで、硬質であるGAめっき鋼板との摺動によっても硬質層自体の摩耗が抑制され、ダイ金型の摩耗が抑制される。
なお、熱間プレス成形は、めっき鋼板を、ダイ金型のダイ穴を塞いでダイ金型上に配置した後、実施する。
プレス成形では、鋼板がダイ金型のダイ穴に引き込まれて成形される。ダイ穴の縁(ダイ肩部)がダイ穴の外側に向かって張り出して湾曲している場合、鋼板はダイ穴に引き込まれる際、縮みフランジ変形する。
絞り成形の場合、縮みフランジ変形では鋼板がダイ穴の縁(ダイ肩部)に近づくに従い厚みが増加する。鋼板の厚みが増加すると、鋼板に高い面圧が付与される。
曲げ成形の場合、縮みフランジ変形では鋼板がダイ穴の縁(ダイ肩部)に近づくに従い鋼板にしわが発生する。鋼板にしわが発生すると、ダイ穴の近傍でしわになった鋼板がダイ金型に接触し、接触した箇所が高面圧になる。
これらは熱間プレス成形でも同じである。本実施形態のダイ金型は高い面圧が生じる箇所に硬質層を備える。
図2A及び図2Bに示す熱間プレス成形品30は、2つの縦壁部33と、2つの縦壁部33を第1稜線部32を介して結ぶ天板部31と、2つの縦壁部33に対しそれぞれ第2稜線部34を介して天板部31とは反対側で接続するフランジ部35と、を有する。また、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品30を投影した場合(例えば、図2Bに示すようにy方向から観察した場合)、フランジ部35のうち曲率半径が最小となる箇所PB0minを有する形状である。即ち、フランジ部35が長手方向(x方向)において湾曲する箇所を有しており、フランジ部35全体として曲率半径が一定でない形状である。また、フランジ部35と同様に天板部31も長手方向(x方向)において湾曲する箇所を有している。
図3A及び図3Bでは、熱間プレス成形品40の長手方向をx方向とし、x方向に直交する方向のうち縦壁部43側から観察する方向をy方向とし、x方向及びy方向に直交する方向であって天板部41側から観察する方向をz方向とする。
図3A及び図3Bに示す熱間プレス成形品40は、2つの縦壁部43と、2つの縦壁部43を第1稜線部42を介して結ぶ天板部41と、2つの縦壁部43に対しそれぞれ第2稜線部44を介して天板部41とは反対側で接続するフランジ部45と、を有する。なお、この熱間プレス成形品40では、長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面、例えば図3Bに示す断面など)を観察した場合に、どこで切断した横断面を観察しても第2稜線部44の曲率半径が同じ値となる形状である。また、どこで切断した横断面を観察しても左右対称の形状となっている。
図4A及び図4Bでは、熱間プレス成形品50の長手方向をx方向とし、x方向に直交する方向のうち縦壁部53a側から観察する方向をy方向とし、x方向及びy方向に直交する方向であって天板部51側から観察する方向をz方向とする。
図4A及び図4Bに示す熱間プレス成形品50は、2つの縦壁部53a、53bと、2つの縦壁部53a、53bをそれぞれ第1稜線部52a、52bを介して結ぶ天板部51と、2つの縦壁部53a、53bに対しそれぞれ第2稜線部54a、54bを介して天板部51とは反対側で接続するフランジ部55a、55bと、を有する。なお、この熱間プレス成形品50では、長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面)を観察した場合に左右の形状が対称ではない箇所が存在する。例えば、図4Bに示す横断面では、平坦な天板部51の両側に存在する2つの第1稜線部52a、52bのz方向高さが異なり、右側の第1稜線部52aの方が左側の第1稜線部52bよりもz方向に盛り上がって高くなった形状である。また、図4Bに示す横断面では、2つのフランジ部55a、55bのz方向高さも異なり、右側のフランジ部55aの方が左側のフランジ部55bよりも高い形状である。そして、この熱間プレス成形品50では、横断面を観察した場合に切断する箇所によって第2稜線部54a、54bの曲率半径が異なる形状であり、図4Bに示す横断面での第2稜線部54aの曲率半径が最小となる形状である。
この硬質層11Cが前記スキューネス(Rsk)及び硬さHv_Dieを満たすことで、GAめっき鋼板を熱間プレス成形する際に、高面圧部で生じるダイ金型11の摺動面での摩耗の発生が抑制される。
この第二硬質層12Cが前記スキューネス(Rsk)及び硬さHv_Dieを満たすことで、GAめっき鋼板を熱間プレス成形する際に、高面圧部で生じるホルダー12の摺動面での摩耗の発生が抑制される。
また、ホルダー12の摩耗抑制の観点では、第二硬質層12Cはダイ金型11のダイ肩部11Bに対向する箇所に沿って全域にわたり形成されていることが好ましい。一方、コスト等の観点から形成する領域を低減する場合、特に高い面圧が生じる箇所を選択して第二硬質層12Cを形成してもよい。
そして、そのプレス成形に用いるダイ金型として、ダイ穴の外側の表面であって且つ熱間プレス成形される前のGAめっき鋼板と接触する鋼板接触面のうち、ダイ肩部に隣接する全領域に、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)及び硬さHv_Dieが前記範囲を満たす硬質層を有するダイ金型を適用することで、高面圧部で生じるダイ金型の摺動面での摩耗の発生が抑制される。
次いで、本実施形態に係るダイ金型について詳述する。
そして、ダイ穴の外側の表面且つダイ肩部に隣接するダイ肩隣接面のうち、前記ダイ肩部に隣接する全領域に、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有する。
ダイ金型が備える硬質層の、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が1.2以下であることで、熱間プレス成形の際に高面圧部で生じるダイ金型の摺動面での摩耗の発生が抑制される。また、GAめっき鋼板を熱間プレス成形すると、亜鉛凝着物が発生してダイ金型の表面に凝着することがあるが、スキューネス(Rsk)の上限値が上記範囲であることで、ダイ金型への凝着が抑制される。その結果、ダイ金型のめっき鋼板表面との摩擦係数が低減される。
硬質層のスキューネス(Rsk)は、より好ましくは1.0以下であり、さらに好ましくは0.8以下である。
また、硬質層のスキューネス(Rsk)の下限値は、スキューネス(Rsk)を低くするための表面制御による製造時のコスト増大を抑制する観点から、−5.0以上であり、より好ましくは−3.0以上である。
(測定条件)
測定装置:株式会社ミツトヨ製「表面粗さ・輪郭形状測定機 フォームトレーサ」
測定長さL:9.6mm
カットオフ波長λc:0.8mm
触針先端形状:先端角度60°円錐
触針先端半径:2μm
測定速度:1mm/sec
ダイ金型が備える硬質層の硬さHv_DieがHV1000以上であることで、熱間プレス成形の際に高面圧部で生じるダイ金型の摺動面での摩耗の発生が抑制される。
硬質層の硬さHv_Dieは、より好ましくはHV1200以上である。
また、硬質層の硬さHv_Dieの上限値は、HV1800以下である。HV1800以下であることで、GAめっき鋼板におけるGAめっき層の削れや、さらに亜鉛化合物層または金属亜鉛層を有する場合にはこの亜鉛化合物層または金属亜鉛層の削れが抑制される。また、GAめっき鋼板を熱間プレス成形すると、亜鉛凝着物が発生してダイ金型の表面に凝着することがあるが、硬さHv_Dieの上限値が上記範囲であることで、ダイ金型への凝着が抑制される。その結果、ダイ金型のめっき鋼板表面との摩擦係数が低減される。
硬質層の硬さHv_Dieの上限値は、より好ましくはHV1600以下である。
マイクロビッカース試験機には、株式会社ミツトヨ製HM−115を用いる。
本実施形態では、ダイ金型に形成される硬質層は、前述のスキューネスRsk及び硬さHv_Dieを満たすものであれば、その材質や形成方法に制限はない。
硬質層としては、例えば最表層として窒化層を有する層が挙げられる。また、硬質コーティング層を有する層(より好ましくは、窒化層と、窒化層の表面にある硬質コーティング層と、を含む積層型の硬質層)が挙げられる。
なお、その主体とすることについては、窒素及び炭素を除いた、金属(半金属を含む)組成部のみの割合で、Ti、CrもしくはAl(又はTiもしくはCr)が70(原子%)以上、更には90(原子%)以上とすることがよい(実質100(原子%)を含む)。
具体的には、Ti、Cr及びAlから選ばれる1種又は2種以上を主体とする窒化膜、炭化膜、炭窒化膜、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜、等が挙げられる。
ダイ金型の母材の金属材質については、特段に定めるものではなく、例えば冷間ダイス鋼、熱間ダイス鋼、高速度鋼および超硬合金等の公知の金属材料が使用できる。これについては、JIS等による規格金属種(鋼種)を含め、従来金型への使用が可能な鋼種として提案のされてきた改良金属種も適用できる。
次いで、本実施形態に係る金型セットについて詳述する。
金型セットとは、ダイ金型と、ダイ金型のダイ穴に対応する凸部を備えると共にダイ金型の鋼板接触面(ダイ肩隣接面)に対向する対向面を備えるパンチ金型の組合せである。また、金型セットとは、ダイ金型と、ダイ金型の鋼板接触面(ダイ肩隣接面)に対向する対向面を備えると共にダイ穴に挿通されるパンチが通る穴を備える鋼板おさえ金型(ホルダー)の組合せも含む。
パンチ金型は、ダイ金型のダイ肩隣接面(鋼板接触面)に対向する対向面のうち、ダイ金型が硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する。
鋼板おさえ金型は、ダイ金型のダイ肩隣接面(鋼板接触面)に対向する対向面のうち、ダイ金型が硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ挿通部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する。
GAめっき鋼板は、鋼母材上にGAめっき層を有する。また、GAめっき層の上にさらに最表層として亜鉛化合物層または金属亜鉛層を有していてもよい。
めっきを施す鋼板(めっき前の鋼板、鋼母材)は、例えば、高い機械的強度(例えば、引張強さ、伏点、伸び、絞り、硬さ、衝撃値、疲れ強さ、クリープ強さなどの機械的な変形及び破壊に関する諸性質を意味する。)を有する鋼板が好ましい。本実施形態に係るめっき鋼板に使用される高い機械的強度を実現する鋼板(めっき前の鋼板)の一例は、以下の通りである。
なお、%の表記は、特に断りがない場合は質量%を意味する。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
GAめっき(合金化溶融亜鉛めっき)層について説明する。
GAめっき層は、鋼板(鋼母材)に対して溶融亜鉛めっき層を形成し、その後合金化処理を行うことで形成され、例えば還元炉方式のめっき処理による形成方法が挙げられる。一般に、還元炉方式のめっき処理では、前処理工程、焼鈍工程、めっき工程、及び合金化処理工程が行われる。勿論、本実施形態での方法は、上記態様に限定されるものではなく、例えばめっき処理を無酸化炉方式にて行なうこともできる。以下では、還元炉方式に基づき、説明する。
合金化処理工程も特に限定されず、通常用いられる方法を採用することができる。例えば、合金化温度は、500〜700℃程度に制御すればよい。
また、前記合金化処理後に再焼鈍を行なってもよい。再焼鈍の条件は、加熱温度(再焼鈍温度)400℃以上とするのがよく、一方亜鉛の蒸発を抑制する観点から再焼鈍温度は750℃以下とすることがよい。上記再焼鈍温度で保持する時間(再焼鈍時間)は、加熱方法等によって適宜設定することができる。例えば炉加熱の場合、再焼鈍時間は1時間以上(より好ましくは2時間以上)であることが好ましく、誘導加熱の場合、再焼鈍時間は10秒以上であることが好ましい。一方、亜鉛の蒸発を抑制する観点から、再焼鈍時間は、前記炉加熱の場合、15時間以下であることが好ましく、より好ましくは10時間以下である。また前記誘導加熱の場合、再焼鈍時間は、3分以下であることが好ましく、より好ましくは1分以下である。
GAめっき層の好ましい成分組成としては、例えば、質量%で、Fe:5〜20%、及びAl:0.01〜0.20%を含有し、かつ残部:Zn及び不純物からなることが好ましい。
亜鉛化合物層(Zn化合物層)または金属亜鉛層(金属Zn層)は、ZnO皮膜、又は、熱間プレス成形時にZnO皮膜になる層である。熱間プレス成形の前にめっき鋼板は酸化雰囲気で加熱される。このときZnO皮膜以外のZn化合物層または金属Zn層は酸化されてZnO皮膜になる。ZnO皮膜以外のZn化合物層または金属Zn層は、酸化してZnO皮膜になるのであれば特に種類は問わない。ZnO皮膜以外のZn化合物層には、リン酸亜鉛層、Zn系金属石鹸層等が例示できる。また、Zn化合物と金属Znは加熱により燃えて無くなる樹脂と混合し、ZnO皮膜以外のZn化合物層または金属Zn層としてもよい。Zn化合物層または金属Zn層に含まれるZnの量は、目標とする製品のZnO皮膜の付着量に応じて調節する。
ZnO皮膜は、ダイ金型と接触する面であって、プレス成形品の外側の面となる皮膜である。
なお、ZnO皮膜の付着量の測定方法としては、蛍光X線法を利用する。具体的には、蛍光X線法により、ZnO皮膜の付着量(Zn量換算)が既知である数種類の標準試料を用いて検量線を作成し、測定対象である試料のZn強度をZnO皮膜の付着量に換算して、ZnO皮膜の付着量を求める。
次いで、本実施形態に係るプレス成形品について詳述する。
最表層としての酸化亜鉛(ZnO)層は、GAめっき鋼板に熱間プレス成形を施す際の加熱によって形成される。
まず、第1の態様に係るプレス成形品として、プレス成形品の長手方向に直交かつ天板部に平行な方向からプレス成形品を投影したフランジ部の曲率半径が最小となる箇所PB0minを有する形状のプレス成形品について説明する。なお、第1の態様に係るプレス成形品の一例として、図2A及び図2Bに示す成形品を例に挙げる。
図2A及び図2Bに示す熱間プレス成形品30は、2つの縦壁部33と、2つの縦壁部33を第1稜線部32を介して結ぶ天板部31と、2つの縦壁部33に対しそれぞれ第2稜線部34を介して天板部31とは反対側で接続するフランジ部35と、を有する。なお、天板部31は熱間プレス成形の際にパンチの頂面に相当する部分であり、縦壁部33はパンチ及びダイ金型と摺動する部分であり、フランジ部35は熱間プレス成形による成形が行われない部分である。また、第1稜線部32は天板部31と縦壁部33とを結ぶ湾曲部であり、第2稜線部34は縦壁部33とフランジ部35とを結ぶ湾曲部である。
また、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品30を投影した場合(例えば、図2Bに示すようにy方向から観察した場合)、天板部31、縦壁部33、及びフランジ部35がいずれも一部で湾曲しており、天板部31の外側方向に向かって一部が膨らんだ形状である。そのため、この膨らんだ箇所のフランジ部35では、曲率半径が最小となる箇所(つまり曲げが最も厳しい箇所)PB0minが存在し、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品30を投影した場合にフランジ部35全体として曲率半径が一定でなく、また天板部31も全体として曲率半径が一定でない形状である。
そして、第1の態様にかかるプレス成形品では、第2稜線部34において曲率半径が最も小さくなる箇所(つまり曲げが最も厳しい箇所)での該曲率半径[Rmin]が3mm以上10mm未満である。ここで、第2稜線部34での最小曲率半径[Rmin]が10未満であることは、GAめっき鋼板に熱間プレス成形を行ってプレス成形品30を製造する際に、縦壁部33となる箇所に高面圧が掛かっていることを示す。そのため、高面圧が掛かる縦壁部33において、摺動による擦り傷が発生し易い条件で熱間プレス成形が施されたプレス成形品であると言える。なお、第2稜線部34での最小曲率半径[Rmin]の上限値が8mm以下であると、さらに縦壁部33に摺動による擦り傷が発生し易いと言える。
一方で、第2稜線部34での最小曲率半径[Rmin]の下限値は、プレス成形時の割れ防止の観点から、3mm以上であり、好ましくは4mm以上である。
ここで、曲率半径は次の通り測定する。まず、第2稜線部34の外側の面つまり熱間プレス成形の際にダイ金型と接触した方の面における三次元形状を、三次元形状測定器により測定する。そして、横断面において曲率半径が最も小さくなる箇所での曲率半径[Rmin]を得る。
また、第1の態様にかかるプレス成形品は、天板部31と縦壁部33とにおいて平滑度に差が生じる。具体的には、天板部31に関しては、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品30を投影した場合(例えば、図2Bに示すようにy方向から観察した場合)に、フランジ部35での曲率半径が最小となる箇所PB0minに対応する位置(例えば図2Bに示すようにy方向から観察した場合に、フランジ部35上の箇所PB0minに対してz方向にずらすだけで、x方向にはずらさずに到達し得る天板部31上の位置)であって、且つ天板部31における幅方向(つまりy方向)での中心箇所PB1minにおいて、平滑度[SaB1]を測定する。
また、縦壁部33に関しては、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品30を投影した場合に箇所PB0minに対応する箇所(例えば図2Bに示すようにy方向から観察した場合に、フランジ部35上の箇所PB0minに対してz方向にずらすだけで、x方向にはずらさずに到達し得る縦壁部33上の位置)であって、且つ縦壁部33における高さ方向(つまりz方向)での中心箇所PB2minにおいて、平滑度[SaB2]を測定する。
なお、箇所PB1min及び箇所PB2minのいずれにおいても外側の面、つまり熱間プレス成形の際にダイ金型と接触した方の面において測定する。
そして、この差[SaB1−SaB2]が0.25μm以上である。
つまり、プレス成形品30の長手方向に直交かつ天板部31に平行な方向からプレス成形品31を投影したフランジ部の曲率半径が最小となる箇所PB0minを含むプレス成形品30の横断面において、天板部31における幅方向での中心箇所PB1minでの平滑度[SaB1]と、縦壁部33における高さ方向での中心箇所PB2minでの平滑度[SaB2]と、の差[SaB1−SaB2]が0.25μm以上である。
一方で、平滑度の差[SaB1−SaB2]の上限値としては、塗装後の鮮鋭性の観点から、1.0μm以下がより好ましい。
測定装置:(株)キーエンス製 VK−X250/150形状解析レーザ顕微鏡
測定範囲:PB1min、PB2minの中心点を中心として、5mm×5mm
測定条件:ガウシアンフィルターを使用
Sフィルター:使用無し
Lフィルター:4mm
また、第1の態様に係るプレス成形品は、天板部31と縦壁部33とにおいて表面性状のアスペクト比の差が小さい。具体的には、天板部31及び縦壁部33のいずれに関しても、前記平滑度と同じく箇所PB1min及び箇所PB2minにおいて表面性状のアスペクト比[StrB1]及び表面性状のアスペクト比[StrB2]を測定する。なお、平滑度と同じく、いずれも外側の面つまり熱間プレス成形の際にダイ金型と接触した方の面において測定する。
そして、この差[StrB1−StrB2]が0.50以下である。
ここで、天板部31と縦壁部33との表面性状のアスペクト比の差[StrB1−StrB2]が小さいほど、熱間プレス成形の際に縦壁部33となる箇所に対し天板部31となる箇所よりも高面圧が掛かっているにもかかわらず、縦壁部33において摺動による擦り傷の発生が抑制されたプレス成形品であることを示す。摺動による擦り傷が顕著に発生した場合、その擦り傷は筋状であるため、その部分の表面性状のアスペクト比Strが低下する。さらに擦り傷が発生した部分は塗装前においては光沢部となる。さらに、塗装後においては光沢度に差が出るため、模様のように視認され、表面品位が劣る。しかし、表面性状のアスペクト比の差[StrB1−StrB2]を小さくすることによって、塗装後の光沢度の差が25以下である第1の態様に係るプレス成形品が実現でき、優れた表面品位を備える。
また、硬さHv_PartsがHV400以上と高硬度である鋼母材を用いたプレス成形品では、特にプレス成形の際に応力が集中して掛かった箇所において、水素脆化等の理由により遅れ破壊が発生し易い。しかし、これに対し第1の態様に係るプレス成形品は、上記の通り縦壁部33における擦り傷の発生が抑制されていることから、縦壁部33への応力の集中も抑制されていると言える。そのため、応力集中箇所で生じ易い遅れ破壊も抑制される。
測定装置:(株)キーエンス製 VK−X250/150形状解析レーザ顕微鏡
測定範囲:PB1min、PB2minの中心点を中心として、5mm×5mm
測定条件:ガウシアンフィルターを使用
Sフィルター:使用無し
Lフィルター:4mm
本実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法によってプレス成形品を成形することで、ダイ金型への凝着が抑制される。凝着物が多量に付着すると摩擦係数が上昇して、摺動による擦り傷が発生し易くなるが、上記の通り凝着物が低減されることで摩擦係数の上昇も抑制され、縦壁部33での摺動による擦り傷の発生が抑制される。その結果、表面性状のアスペクト比の差[Str1−Str2]を上記の範囲に制御し得るものと考えられる。
次いで、第2の態様に係るプレス成形品について説明する。なお、第2の態様に係るプレス成形品の一例として、図3A及び図3B、並びに図4A及び図4Bに示す成形品を例に挙げる。
図3A及び図3Bに示す熱間プレス成形品40は、2つの縦壁部43と、2つの縦壁部43を第1稜線部42を介して結ぶ平坦な天板部41と、2つの縦壁部43に対しそれぞれ第2稜線部44を介して天板部41とは反対側で接続するフランジ部45と、を有する。なお、天板部41は熱間プレス成形の際にパンチの頂面に相当する部分であり、縦壁部43はパンチ及びダイ金型と摺動する部分であり、フランジ部45は熱間プレス成形による成形が行われない部分である。また、第1稜線部42は天板部41と縦壁部43とを結ぶ湾曲部であり、第2稜線部44は縦壁部43とフランジ部45とを結ぶ湾曲部である。
また、熱間プレス成形品40を側面側から観察した場合、つまり図3Aに示すようにy方向から観察した場合、天板部41、縦壁部43、及びフランジ部45がいずれも平坦な形状である。そして、この熱間プレス成形品40では、長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面、例えば図3Bに示す断面など)を観察した場合に、どこで切断した横断面を観察しても左右対称の形状となっている。また、熱間プレス成形品40は、どこで切断した横断面を観察しても第2稜線部44の曲率半径が同じ値となる形状である。つまり、どこで切断した横断面においても第2稜線部44の曲率半径は一定であり、言い換えればどこで切断した横断面においても第2稜線部44の曲率半径は最小値である。
この熱間プレス成形品50では、長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面)を観察した場合に左右の形状が対称ではない箇所が存在する。例えば、図4Bに示す横断面では、平坦な天板部51の両側に存在する2つの第1稜線部52a、52bのz方向高さが異なり、右側の第1稜線部52aの方が左側の第1稜線部52bよりもz方向に盛り上がって高くなった形状である。また、図4Bに示す横断面では、2つのフランジ部55a、55bのz方向高さも異なり、右側のフランジ部55aの方が左側のフランジ部55bよりも高い形状である。そして、この熱間プレス成形品50では、横断面を観察した場合に切断する箇所によって第2稜線部54a、54bの曲率半径が異なる形状であり、図4Bに示す横断面(図4AのB−B’断面)での第2稜線部54aの曲率半径が最小となる形状である。
そして、第2の態様にかかるプレス成形品では、第2稜線部44、54a又は54bにおいて曲率半径が最も小さくなる箇所(つまり曲げが最も厳しい箇所)での該曲率半径[Rmin]が3mm以上10mm未満である。ここで、第2稜線部44、54a又は54bでの最小曲率半径[Rmin]が10未満であることは、GAめっき鋼板に熱間プレス成形を行ってプレス成形品40、50を製造する際に、縦壁部43、53a又は53bとなる箇所に高面圧が掛かっていることを示す。そのため、高面圧が掛かる縦壁部43、53a又は53bにおいて、摺動による擦り傷が発生し易い条件で熱間プレス成形が施されたプレス成形品であると言える。なお、第2稜線部44、54a又は54bでの最小曲率半径[Rmin]の上限値が8mm以下であると、さらに縦壁部43、53a又は53bに摺動による擦り傷が発生し易いと言える。
一方で、第2稜線部44、54a又は54bでの最小曲率半径[Rmin]の下限値は、プレス成形時の割れ防止の観点から、3mm以上であり、好ましくは4mm以上である。
なお、曲率半径の測定は、前述の第1の態様における第2稜線部での曲率半径の測定方法に準じて行う。
また、第2の態様にかかるプレス成形品は、天板部と縦壁部とにおいて平滑度に差が生じる。具体的には、プレス成形品の長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面)を観察した場合に第2稜線部の曲率半径が最小となるプレス成形品の横断面を測定対象とする。つまり、図3A及び図3Bに示すプレス成形品40であれば、どこで切断した横断面においても第2稜線部44の曲率半径は最小値となるため、どの横断面を測定対象としてもよく、好ましくは長手方向(x方向)の中心位置での横断面が推奨される。また、図4A及び図4Bに示すプレス成形品50であれば、図4Bに示す横断面(図4AのB−B’断面)での第2稜線部54aの曲率半径が最小となるため、この図4Bに示す横断面を測定対象とする。そして、この曲率半径が最小となる横断面において、天板部(41、51)の横断面幅方向での中心箇所(例えば、図3Bであれば天板部41のy方向長さWの真ん中(W/2)の箇所)PA1minにおいて、平滑度[SaA1]を測定する。
また、縦壁部に関しても、同様にプレス成形品の長手方向(x方向)に直交する方向の断面(横断面)を観察した場合に第2稜線部の曲率半径が最小となる横断面を測定対象とする。そして、この曲率半径が最小となる横断面において、縦壁部(43、53a)の横断面高さ方向での中心箇所(例えば、図3Bであれば縦壁部43のz方向長さHの真ん中(H/2)の箇所)PA2minにおいて、平滑度[SaA2]を測定する。
なお、箇所PA1min及び箇所PA2minのいずれにおいても外側の面、つまり熱間プレス成形の際にダイ金型と接触した方の面において測定する。
そして、この差[SaA1−SaA2]が0.25μm以上である。
つまり、第2稜線部の曲率半径が最小となるプレス成形品の横断面において、天板部の横断面幅方向での中心箇所PA1minでの平滑度[SaA1]と、縦壁部の横断面高さ方向での中心箇所PA2minでの平滑度[SaA2]と、の差[SaA1−SaA2]が0.25μm以上である。
ここで、天板部と縦壁部との平滑度の差[SaA1−SaA2]が上記範囲であることは、GAめっき鋼板に熱間プレス成形を行ってプレス成形品を製造する際に、縦壁部となる箇所に対し、天板部となる箇所よりも高面圧が掛かっていることを示す。縦壁部に高面圧が掛かって摺動することで、天板部よりも縦壁部の表面の方が平滑になるためである。そして、高面圧が掛かる縦壁部において、摺動による擦り傷が発生し易い条件で熱間プレス成形が施されたプレス成形品であると言える。なお、平滑度の差[SaA1−SaA2]が0.45μm以上であると、さらに縦壁部に摺動による擦り傷が発生し易いと言える。
一方で、平滑度の差[SaA1−SaA2]の上限値としては、塗装後の鮮鋭性の観点から、1.0μm以下がより好ましい。
測定装置:(株)キーエンス製 VK−X250/150形状解析レーザ顕微鏡
測定範囲:PA1min、PA2minの中心点を中心として、5mm×5mm
測定条件:ガウシアンフィルターを使用
Sフィルター:使用無し
Lフィルター:4mm
また、第2の態様に係るプレス成形品は、天板部と縦壁部とにおいて表面性状のアスペクト比の差が小さい。具体的には、天板部(図3Bにおける41、図4Bにおける51)及び縦壁部(図3Bにおける43、図4Bにおける53a)のいずれに関しても、前記平滑度と同じく箇所PA1min及び箇所PA2minにおいて表面性状のアスペクト比[StrA1]及び表面性状のアスペクト比[StrA2]を測定する。なお、平滑度と同じく、いずれも外側の面つまり熱間プレス成形の際にダイ金型と接触した方の面において測定する。
そして、この差[StrA1−StrA2]が0.50以下である。
ここで、天板部と縦壁部との表面性状のアスペクト比の差[StrA1−StrA2]が小さいほど、熱間プレス成形の際に縦壁部となる箇所に対し天板部となる箇所よりも高面圧が掛かっているにもかかわらず、縦壁部において摺動による擦り傷の発生が抑制されたプレス成形品であることを示す。摺動による擦り傷が顕著に発生した場合、その擦り傷は筋状であるため、その部分の表面性状のアスペクト比Strが低下する。さらに擦り傷が発生した部分は塗装前においては光沢部となる。さらに、塗装後においては光沢度に差が出るため、模様のように視認され、表面品位が劣る。しかし、表面性状のアスペクト比の差[StrA1−StrA2]を小さくすることによって、塗装後の光沢度の差が25以下である第2の態様に係るプレス成形品が実現でき、優れた表面品位を備える。
また、硬さHv_PartsがHV400以上と高硬度である鋼母材を用いたプレス成形品では、特にプレス成形の際に応力が集中して掛かった箇所において、水素脆化等の理由により遅れ破壊が発生し易い。しかし、これに対し第2の態様に係るプレス成形品は、上記の通り縦壁部における擦り傷の発生が抑制されていることから、縦壁部への応力の集中も抑制されていると言える。そのため、応力集中箇所で生じ易い遅れ破壊も抑制される。
測定装置:(株)キーエンス製 VK−X250/150形状解析レーザ顕微鏡
測定範囲:PA1min、PA2minの中心点を中心として、5mm×5mm
測定条件:ガウシアンフィルターを使用
Sフィルター:使用無し
Lフィルター:4mm
本実施形態に係る熱間プレス成形品の製造方法によってプレス成形品を成形することで、ダイ金型への凝着が抑制される。凝着物が多量に付着すると摩擦係数が上昇して、摺動による擦り傷が発生し易くなるが、上記の通り凝着物が低減されることで摩擦係数の上昇も抑制され、縦壁部での摺動による擦り傷の発生が抑制される。その結果、表面性状のアスペクト比の差[Str1−Str2]を上記の範囲に制御し得るものと考えられる。
第1及び第2の態様に係るプレス成形品では、最表層である酸化亜鉛(ZnO)層の平均厚さが0.3μm以上2.0μm以下であることが好ましく、0.4μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。
なお、ここで言う平均厚さとは、熱間プレス成形時に摺動が少ない箇所、具体的には図2A、図3B、又は図4Bに示すプレス成形品30、40、又は50であれば、天板部31、41、又は51の内側におけるZnO層の厚さを指す。
ZnO層の平均厚さが0.3μm以上であることで、熱間プレス成形の際のダイ金型への凝着が抑制される。一方、ZnO層の平均厚さが2.0μm以下であることで、優れた溶接性が得られ、またGAめっき層が薄くなり過ぎないため高い耐食性も維持される。
なお、ZnO層の平均厚さは、熱間プレス成形の際の加熱の保持時間や、成形前のZnO被膜の塗布によって調整し得る。
プレス成形品を横断面で切断し、断面の天板部の最表層におけるめっき層構造を、日本電子製の電子顕微鏡JSM−7001Fを用いて観察・分析する。そして、最表面に存在するZnO層の厚さの最大部の板厚方向厚さを測定する。
なお、無作為に選んだ天板部の内側3箇所について測定し、その平均値をとる。
<GAめっき鋼板(G1)>
板厚1.6mmの冷延鋼板(質量%で、C:0.21%、Si:0.12%、Mn:1.21%、P:0.02%、S:0.012%、Ti:0.02%、B:0.03%、Al:0.04%、並びに残部:Fe及び不純物)を鋼母材として準備し、この鋼母材の両面に還元炉方式のGAめっき処理によりGAめっき層を形成した。
なお、GAめっき層の成分組成は、質量%で、Fe:10%を含有し、及びAl:0.1%を含有し、かつ残部:Zn及び不純物からなる。
GAめっき層の上面及び下面での付着量(目付量)を下記表1に記載の通りに変更したこと以外は、GAめっき鋼板(G1)と同様にしてGAめっき鋼板の供試材を得た。
GAめっき鋼板(G1)に対し、さらにZnO皮膜を形成した。具体的には、両面のGAめっき層上に、薬液(シーアイ化成(株)社製nanotek slurry、酸化亜鉛粒の粒径=70nm)をロールコーターで塗布し、約80℃で焼きつける作業をそれぞれ施し、付着量(Zn換算量)0.5g/m2のZnO皮膜を両面に形成して、GAめっき鋼板の供試材を得た。
≪ダイ金型の作製≫
<条件番号1:比較例1>
・母材
表1に記載される材質の鋼を用意し、焼鈍状態にて図6に示す上型102A及び下型102Bに近似した形状に粗加工し、真空中1180℃の加熱保持より窒素ガス冷却により焼入れ後、540〜580℃での焼戻しにより64HRCに調質した。その後、仕上げ加工を行って、ダイ金型の母材を得た。
窒化層及びPVD膜は形成せず、前記母材自体をダイ金型(上型102A及び下型102B)として用いた。
得られたダイ金型の鋼板接触面について、接触(摺動)するめっき鋼板10の摺動方向におけるスキューネス(Rsk)を、前述の方法により測定した。また、得られたダイ金型の鋼板接触面について、硬さHv_Dieを、前述の方法により測定した。
さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
・窒化層の形成
条件番号1で得た母材(上型102A及び下型102B)におけるめっき鋼板10と接触(摺動)する鋼板接触面に、窒化層を形成した。
前記母材に、次に示す条件にてイオン窒化処理を施した。つまり、流量比5%N2(残H2)雰囲気中で、500℃、5時間保持の条件でイオン窒化処理を施した後、それぞれの試験面を研磨によって仕上げ、窒化層を形成した。
なお、上記研磨の際に、鋼板接触面におけるめっき鋼板10と接触(摺動)する方向に向かって、研磨シートを摺動させて研磨を行った。
得られたダイ金型の鋼板接触面におけるめっき鋼板10との摺動方向におけるスキューネス(Rsk)、及び鋼板接触面における硬さHv_Dieを表2に示す。さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
条件番号2において、窒化層の研磨の度合いを変更することで、ダイ金型の鋼板接触面におけるめっき鋼板10との摺動方向におけるスキューネス(Rsk)が下記表2に記載の値となるよう調整して、ダイ金型(上型102A及び下型102B)を作製した。
さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
条件番号2において、イオン窒化処理を施した後、試験面の研磨を行わない状態で窒化層を形成した。ついて、この窒化層上に硬質コーティング層としてのPVD膜を形成した。
母材の窒化層を形成した箇所に、アークイオンプレーティング装置を用い、圧力0.5PaのAr雰囲気中で、母材に−400VのBias電圧を印加し、60分の熱フィラメントによるプラズマクリーニングを行った。この後、金属成分の蒸発源である金属製ターゲット及び反応ガスとしてN2ガスを用い、母材温度500℃、反応ガス圧力3.0Pa、−50VのBias電圧にてPVD膜の成膜を行った。なお、蒸発源である金属製ターゲットには、表2に記載の組成を満たすPVD膜が形成される金属組成のものを用いた。
PVD膜の形成後、鋼板接触面におけるめっき鋼板10と接触(摺動)する方向に向かって、研磨シートを摺動させて研磨を行った。
得られたダイ金型の鋼板接触面におけるめっき鋼板10との摺動方向におけるスキューネス(Rsk)、及び鋼板接触面における硬さHv_Dieを表2に示す。さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
PVD膜の組成を下記表2に記載ものとし、かつそのPVD膜の硬度を下記表2に記載の値となるよう調整した。また、条件番号5において、PVD膜の研磨の度合いを変更することで、ダイ金型の鋼板接触面におけるめっき鋼板10との摺動方向におけるスキューネス(Rsk)が下記表2に記載の値となるよう調整して、ダイ金型(上型102A及び下型102B)を作製した。
さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
条件番号1において、鋼板接触面の研磨の度合いを変更することで、ダイ金型の鋼板接触面におけるめっき鋼板10との摺動方向におけるスキューネス(Rsk)が下記表2に記載の値となるよう調整して、ダイ金型(上型102A及び下型102B)を作製した。
さらに、表2に示すめっき鋼板及びダイ金型を用いて、後述の評価を実施した。
・金型摩耗
まず、熱間潤滑性の評価装置を準備した。図6に示す熱間潤滑性の評価装置は、近赤外線加熱炉100と、上型102A及び下型102Bからなる金型とを備えている。上型102A及び下型102Bは、めっき鋼板の引き抜き方向に直交する方向に伸びた幅10mmの凸部を有しており、互いの凸部の頂面で供試材を挟み込むことで、所定の押付け荷重を掛ける。また、熱間潤滑性の評価装置には、近赤外線加熱炉100で加熱しためっき鋼板、及び、金型で挟み込むときのめっき鋼板の温度を測定するための熱電対(不図示)も設けられている。なお、図6中、10はめっき鋼板の供試材を示す。
図6に示す熱間潤滑性の評価装置を用いて、近赤外線加熱炉100により、窒素雰囲気で、30mm×500mmの供試材を920℃加熱した後、約700℃となった供試材を、上型102A及び下型102Bからなる金型で3kNの押付け荷重をかけつつ(つまり供試材を金型に摺動させつつ)、引き抜いた。なお、引抜き長さは100mm、引抜き速度は40mm/sとした。なお、920℃に加熱する際の平均昇温速度は、7.5℃/秒とした。
得られた金型摩耗量から、以下の評価基準により評価した。
A:金型摩耗量0.5μm以下
B:金型摩耗量0.5μm超え1μm以下
C:金型摩耗量1μm超え2μm以下
D:金型摩耗量2μm超え
金型への凝着について、以下の試験により評価した。
上記の熱間潤滑性の評価試験前後における「熱間潤滑性の測定装置の金型」のめっき鋼板10と接触(摺動)する鋼板接触面の表面形状差分を分析することで、金型の凝着量を測定した。具体的には、接触式の形状測定機を用いて、摺動前後の摺動部における金型表面のプロファイルを計測して、凝着物付着部の高さが最大となる位置での凝着高さ(以下、金型最大凝着高さ)を測定した。なお、金型最大凝着高さは、上型及び下型の凝着高さのうちの最大値とした。
得られた金型最大凝着高さから、以下の評価基準により評価した。
A:金型最大凝着高さ0.5μm以下
B:金型最大凝着高さ0.5μm超え1μm以下
C:金型最大凝着高さ1μm超え3μm以下
D:金型最大凝着高さ3μm超え
金型と鋼板との摩擦係数について、以下の試験により評価した。
上記の熱間潤滑性の評価試験後における「熱間潤滑性の測定装置の金型」の鋼板接触面と、めっき鋼板10との摩擦係数を下記方法により測定した。
上記の熱間潤滑性の評価試験中において、引抜き荷重を測定し、押付け荷重と測定された引抜き荷重を用いて摩擦係数を算出した。
また、Hv_DieがHV1800を超える比較例2〜6に比べ、各実施例では凝着を抑制できている。
≪ダイ金型の作製≫
前記「実施例A」における条件番号1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、13にて作製したダイ金型において、その形状を図2A及び図2Bに示すプレス成形品を成形し得る形状のものにすると共に、第2稜線部において曲率半径が最小となる箇所での該曲率半径[Rmin]が下記表3に記載の値となる形状のものに変更し、且つ母材を縦壁部での硬さHv_Dieが下記表3に記載のものに変更したこと以外、「実施例A」における各条件番号と同様にしてダイ金型を作製した。
なお、窒化層及びPVD膜の成形箇所は、プレス成形時に金型と材料が接触すると想定される全域にわたり形成した。
表3に記載の条件番号のダイ金型を用い、炉温設定:920℃、材炉5分(成形品番号11のみ材炉6分)、成形開始温度:700℃にて熱間プレス成形を行った。
得られたプレス成形品について、第2稜線部において曲率半径が最小となる箇所での該曲率半径[Rmin]、ZnO層平均厚さ、フランジ部の曲率半径が最小となる箇所PB0minに対応する天板部における幅方向での中心箇所PB1minでの平滑度[SaB1]、箇所PB0minに対応する縦壁部における高さ方向での中心箇所PB2minでの平滑度[SaB2]、天板部における箇所PB1minでの表面性状のアスペクト比[StrB1]、縦壁部における箇所PB2minでの表面性状のアスペクト比[StrB2]を、前述の方法により測定した。
さらに、表3に示すプレス成形品を用いて、後述の評価を実施した。
・縦壁部の表面品位
得られた各成形品番号のプレス成形品に対し、膜厚15μmの電着塗装、さらに膜厚20μmの上塗りを実施した後の製品に対し、縦壁部での表面品位を、以下の基準により判定した。
A:表面品位優(光沢度差<15,表面に傷なし)
B:表面品位OK(15≦光沢度差<30,表面に傷なし)
C:表面品位NG(光沢度差≧30,表面に傷なし)
D:表面欠陥ありNG(製品表面に筋状の傷あり)
側面側から観察した場合にフランジ部の曲率半径が最小となる箇所PB0minに対応する天板部における幅方向での中心箇所PB1minと、側面側から観察した場合に箇所PB0minに対応する縦壁部における高さ方向での中心箇所PB2minとの光沢度を、それぞれ以下の方法により測定し、この2箇所での光沢度の差を算出した。
なお、光沢度の測定は、JIS Z 8741に規定される、黒色鏡面ガラスn=1.567の反射率を基準100とした反射率の相対値を、光の入射角度60°で計測した。
第2稜線部での最小曲率半径[Rmin]が大きく、縦壁部に掛かる面圧が低いと考えられ、平滑度の差[SaB1−SaB2]が小さくなっている。
第2稜線部での最小曲率半径[Rmin]が小さく、縦壁部に掛かる面圧が高いと考えられ、平滑度の差[SaB1−SaB2]が大きくなっている。
スキューネス(Rsk)が1.2超えとの条件及び硬さHv_DieがHV1000未満との条件の少なくとも一方を満たす金型を用いた熱間プレス成形、並びに硬さHv_DieがHV1800超えとの条件を満たす金型を用いた熱間プレス成形では、金型へのめっき凝着が発生し、縦壁にスクラッチ傷が発生するため、表面状態の異方性を示すパラメータである縦壁部表面性状のアスペクト比[StrB2]が大きく低下し、0に近くなっている。
また、縦壁部のスクラッチ傷部分とZnO層の光の反射度合に差があるため、光沢度の差が大きくなっている。
第2稜線部での最小曲率半径[Rmin]が小さく、縦壁部に掛かる面圧が高いと考えられ、平滑度の差[SaB1−SaB2]が大きくなっている。
しかし、スキューネス(Rsk)が1.2以下との条件及び硬さHv_DieがHV1000以上HV1800以下との条件の両方を満たす金型を用いた熱間プレス成形では、縦壁部でのスクラッチ傷の発生が抑制され、表面状態の異方性を示すパラメータである縦壁部表面性状のアスペクト比[StrB2]の低下も抑制される。
そのため、縦壁部と天板部の光沢度の差は小さくなっている。
プレス成形品の母材強度が異なる例である。
ZnO層の厚さ(平均厚さ)が厚い場合の例である。
10 めっき鋼板
11、111 ダイ金型(ダイス)
11A、111A 鋼板接触面
11B、111B ダイ肩部
11C、111C 硬質層
11D、111D ダイ穴
12 ホルダー(鋼板おさえ金型)
12C 第二硬質層
13 パンチ
30、40、50 熱間プレス成形品
31、41、51 天板部
32、42、52a、52b 第1稜線部
33、43、53a、53b 縦壁部
34、44、54a、54b 第2稜線部
35、45、55a、55b フランジ部
100 近赤外線加熱炉
102A 上型
102B 下型
112 鋼板
113 パンチ金型
113C 第二硬質層
114A、114B GAめっき層
116A、116B 亜鉛化合物層または金属亜鉛層
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (13)
- 熱間プレス成形品の製造方法であって、
合金化溶融亜鉛めっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、ダイ金型のダイ穴を塞いで前記ダイ金型上に配置すること、および
前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板に前記ダイ金型を用いて熱間プレス成形すること、
を有し、
前記ダイ金型は、前記ダイ穴の外側の表面であって且つ前記熱間プレス成形される前の前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板と接触する鋼板接触面のうち、ダイ肩部に隣接する全領域に、前記ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有する熱間プレス成形品の製造方法。 - 前記硬質層は、最表層として窒化層を有する層である請求項1に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
- 前記硬質層は、窒化層と、前記窒化層の表面にある硬質コーティング層と、を含む層である請求項1又は請求項2に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
- 前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、前記合金化溶融亜鉛めっき層の上に最表層として亜鉛化合物層または金属亜鉛層を有する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
- ダイ穴の外側の表面且つダイ肩部に隣接するダイ肩隣接面のうち、前記ダイ肩部に隣接する全領域に、ダイ穴の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である硬質層を有するダイ金型。
- 前記硬質層は、最表層として窒化層を有する層である請求項5に記載のダイ金型。
- 前記硬質層は、窒化層と、前記窒化層の表面にある硬質コーティング層と、を含む層である請求項5又は請求項6に記載のダイ金型。
- 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載のダイ金型と、パンチ金型と、を備え、
前記パンチ金型は、前記ダイ金型の前記ダイ肩隣接面に対向する対向面のうち、前記ダイ金型が前記硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する金型セット。 - 前記第二硬質層は、最表層として第二窒化層を有する層である請求項8に記載の金型セット。
- 前記第二硬質層は、第二窒化層と、前記第二窒化層の表面にある第二硬質コーティング層と、を含む層である請求項8又は請求項9に記載の金型セット。
- 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載のダイ金型と、鋼板おさえ金型と、を備え、
前記鋼板おさえ金型は、前記ダイ金型の前記ダイ肩隣接面に対向する対向面のうち、前記ダイ金型が前記硬質層を有する箇所と対向する全領域に、パンチ挿通部の外側から内側に向かう方向に測定したスキューネス(Rsk)が−5.0以上1.2以下、かつ硬さHv_DieがHV1000以上1800以下である第二硬質層を有する金型セット。 - 前記第二硬質層は、最表層として第二窒化層を有する層である請求項11に記載の金型セット。
- 前記第二硬質層は、第二窒化層と、前記第二窒化層の表面にある第二硬質コーティング層と、を含む層である請求項11又は請求項12に記載の金型セット。
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