JP7167648B2 - 鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス加工に用いられる鋼板の製造方法に関する。

従来から、鋼板などのブランク材をプレス加工することにより、プレス部品が製造されている。たとえば、特許文献１には、塑性加工時に、残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する、加工誘起変態を利用したプレス加工方法が提案されている。このプレス加工方法では、プレス加工する際に、割れが生じないように、残留オーステナイトを５体積％以上含む鋼材を、４５０～６００℃の温度範囲で加熱し、プレス加工している。

特開２０１２－１４８３０５号公報

しかしながら、特許文献１の如きプレス加工を行う前に、鋼板に塑性加工により予備的加工を行い、その後、プレス加工（本成形）を行うことが想定される。この予備的加工は、塑性加工であるため、鋼板に存在する残留オーステナイトがマルテンサイトに加工誘起変態し、予備的加工後の鋼板のプレス成形性が低下してしまう。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プレス加工前に、塑性加工となる予備的加工を行ったとしても、予備的加工後の鋼板のプレス成形性の低下を抑えることができる鋼板の製造方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る鋼板の製造方法は、プレス加工用の鋼板の製造方法であって、Ｃ：０．０３～０．５０質量％、および、Ｍｎ：２．０～２０質量％を含有し、金属組織中の残留オーステナイトの割合が、２０～５０体積％である鋼板を準備する工程と、準備した前記鋼板を５０℃以上に加熱した状態で、前記鋼板の少なくとも一部を塑性加工することで、プレス加工前の予備的加工を行う工程と、を含む。

本発明によれば、上述した残留オーステナイトを有した鋼板に対して、鋼板を５０℃以上に加熱した状態で、少なくともその一部を塑性加工するので、鋼板に含まれる残留オーステナイトが、加工誘起マルテンサイトに変態することを抑えることができる。これにより、予備的加工後の鋼板の残留オーステナイトが確保され、予備的加工後の鋼板に対して、プレス成形性の低下を抑えることができる。

ここで、鋼板を５０℃未満で加熱した状態で、予備的加工をした場合には、残留オーステナイトが加工誘起マルテンサイトに変態し、残留オーステナイトを確保することが難しい。その結果、予備的加工後の鋼板のプレス成形性が低下してしまう。

上述した塑性加工は、曲げ加工、圧延加工、また切断加工など、その塑性加工は特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記予備的加工を行う工程において、前記塑性加工を、前記準備した鋼板の板厚が異なるように圧延することにより行う。

ここで鋼板の板厚が異なるように圧延すると、他の部分よりも板厚が薄い部分は、圧下率が大きいため、より大きな塑性ひずみが導入され、本来ならばプレス加工時に、板厚の薄い部分に割れ等が生じ易い。しかしながら、このような態様であっても、このような板厚が薄い部分には残留オーステナイトが確保されているので、この部分のプレス成形性の低下を抑えることができる。

本発明によれば、プレス加工前に、塑性加工となる予備的加工を行ったとしても、予備的加工後の鋼板のプレス成形性の低下を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る鋼板の製造方法を説明するための模式図である。 実施例１、比較例１、参考例の試験片の残留オーステナイトと、加工誘起マルテンサイトとの割合を示したグラフである。 実施例２～４および比較例２の試験片の破断伸びを示したグラフである。

１．鋼板の製造方法について
以下に、本発明の本実施形態に係る鋼板の製造方法について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る鋼板１０の製造方法を説明するための模式図である。

１－１．鋼板を準備する工程について
本実施形態では、まず、Ｃ（炭素）：０．０３～０．５０質量％、およびＭｎ（マンガン）：２．０～２０質量％を含有し、金属組織中の残留オーステナイトの割合が、２０～５０体積％である鋼板１０を準備する。なお、鋼板１０には、上述した成分の他に、Ｓｉ（珪素）等の他の元素を含んでいてもよく、不可避不純物を含んでいてもよい。

本実施形態では、鋼板１０は、板厚が均一な板材である。鋼板１０は、高張力鋼板であり、準備した鋼板の金属組織は、フェライトを母相とし、残留オーステナイトを２０～５０体積％含む。このような、高張力鋼板としては、たとえば、ＴＰＩＲ鋼、ＴＷＩＰ鋼などの一般的に知られた鋼板を挙げることができる。

Ｃ：０．０３～０．５０質量％
本実施形態では、Ｃは、鋼板（高張力鋼板）の強度を高めるために添加される元素であり、鋼板にＣをこの範囲で添加することにより、鋼板の強度および延性を確保することができる。ここで、鋼板に含有するＣが０．０３質量％未満では、鋼板の強度が十分ではなく、Ｃが０．５０質量％を超えた場合には、鋼板の延性が低下してしまう。

Ｍｎ：２．０～２０質量％
本実施形態では、Ｍｎは、鋼板（高張力鋼板）の強度を高めるととともに、残留オーステナイトを組織に付与するために添加される元素である。ここで、鋼板に含有するＭｎが２．０質量％未満では、鋼板に含有する残留オーステナイトが上述した範囲よりも低くなってしまい、Ｍｎが２０質量％を超えた場合には、残留オーステナイトが上述した範囲よりも高くなってしまう。

残留オーステナイトの体積率：２０～５０体積％
本実施形態では、鋼板は、フェライトを母相として、上述した範囲で、残留オーステナイトを含んでいる。残留オーステナイトは、後述するプレス加工により、マルテンサイト（加工誘起マルテンサイト）に変態する。このような範囲の残留オーステナイトは、たとえば圧延条件、焼鈍条件などを調整することにより、得ることができる。

残留オーステナイトが、２０体積％未満の場合、残留オーステナイトが少な過ぎるため、後述する予備的加工後、プレス成形を行ったとしても、加工誘起マルテンサイトによる効果を充分に得ることができない。一方、残留オーステナイトが、５０体積％を超えたとしても、それ以上の効果を得ることができず、素材のコストアップに繋がる。

１－２．予備的加工を行う工程について
この工程では、準備した鋼板に対して、プレス加工する前に、予備的加工を行う。具体的には、準備した鋼板１０を５０℃以上の温度で加熱した状態で、鋼板１０の少なくとも一部を塑性加工することで、プレス加工前の予備的加工を行う。

具体的には、図１に示すように、準備した鋼板１０を搬送しながら、一対の加熱装置５、５の間に通過させ、鋼板１０が後述する圧延ロール６、６による圧延時に５０℃以上、好ましくは１００℃以上となるように、鋼板１０を加熱する。

本実施形態では、加熱装置５は、高周波誘導加熱装置または赤外線加熱装置であるが、たとえば、加熱装置の代わりに、燃焼ガスまたはヒータなどの熱源を備えた加熱炉により、鋼板１０を加熱してもよい。圧延時の鋼板１０の温度が、上述した温度範囲を満たせば、その加熱方式は特に限定されるものではない。

次に、図１に示すように、加熱装置５により加熱された鋼板１０を、５０℃以上、好ましくは、１００℃以上の状態で、鋼板の一部を塑性加工することで、プレス加工前の予備的加工を行う。

具体的には、本実施形態では、一対の加熱装置５、５の間から搬送された鋼板１０を、一対の圧延ロール６、６の間に送り込み、圧延ロール６、６で、幅方向Ｂの鋼板１０の板厚が異なるように、鋼板１０を圧延し、ブランク材とされる。

より具体的には、本実施形態では、圧延ロール６として、大径部６１と小径部６２を有した、段付きの圧延ロールを用いる。圧延ロール６の大径部６１、６１の間を通過する鋼板１０の部分は、大径部６１、６１で圧延されるため、他の部分に比べて圧下率が高く、厚さの薄い薄肉部１１となる。

一方、圧延ロール６の小径部６２、６２の間を通過する鋼板１０の部分は、小径部６２、６２で圧延されるため、大径部６１，６１の間を通過する鋼板１０の部分よりも圧下率が低く、厚さの厚い厚肉部１２となる。

本実施形態では、小径部６２、６２の間を通過する鋼板１０の部分も圧延したが、この部分が圧延されなくてもよい。また、本実施形態では、大径部６１と小径部６２とを備えた圧延ロール６で鋼板１０を圧延したが、たとえば、圧延後に、鋼板１０が幅方向Ｂに所望の板厚分布となるように、板厚分布に応じた直径（異径）の圧延ロールにより、鋼板１０を圧延してもよい。

その後、予備的加工により圧延した鋼板１０を切断し、切断した鋼板１０に対して、所望の形状に、たとえば冷間プレス加工などのプレス成形を行う。本実施形態によれば、上述した残留オーステナイトを有した鋼板１０に対して、鋼板１０を５０℃以上で加熱した状態で、鋼板１０を塑性加工したので、鋼板１０に含まれる残留オーステナイトが、加工誘起マルテンサイトに変態することを抑えることができる。

ここで、鋼板１０は、圧延ロール６、６により圧延加工され、薄肉部１１は、他の部分よりも圧下率が高いため、より大きな塑性ひずみが導入され、本来ならば、プレス加工時に割れ等が生じ易い。しかしながら、実施形態では、鋼板１０を５０℃以上で加熱した状態で圧延しているので、薄肉部１１にも残留オーステナイトが確保されているため、薄肉部１１のプレス成形性の低下を抑えることができる。

このようにして、予備的加工後の鋼板１０の残留オーステナイトが確保され、予備的加工後の鋼板１０に対して、プレス成形性の低下を抑えることができる。なお、鋼板１０を５０℃未満で加熱した状態で、予備的加工をした場合には、後述する発明者の実験からも明らかなように、残留オーステナイトが加工誘起マルテンサイトに変態し、残るオーステナイトを確保することが難しい。その結果、予備的加工後の鋼板のプレス成形性が低下してしまう。

以下に本発明を実施例により説明する。
〔実施例１〕
表１に示す成分を有した鋼板（高張力鋼板）の試験片を準備した。高張力鋼板の金属組織は、表１に示す割合でフェライトの母相に残留オーステナイト（ＲＡ）を有している。なお、鋼板の金属組織中の残留オーステナイトの割合を、Ｘ線回折法で測定した。

次に、予備的加工を模擬する目的で、この試験片に対して１００℃の加熱環境下で引張試験（塑性加工）を行った。この結果を、表２に示す。なお、引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠しており、試験片は、引張方向が圧延直角方向に一致しており、標点間距離が３０．０ｍｍであり、板厚は、１．４ｍｍである。

さらに、破断後の残留オーステナイトと、加工誘起マルテンサイトとの割合を、Ｘ線回折法で測定した。この結果を図２に示す。なお、図２には、引張試験前の試験片の残留オーステナイトの割合も参考例として示した。

〔比較例１〕
実施例１と同じように、試験片を準備し、引張試験を行った。実施例１と相違する点は、２０℃の温度環境下で引張試験を行った点である。この結果を表２に示す。さらに、破断後の残留オーステナイトと、加工誘起マルテンサイトとの割合を、測定した。この結果を図２に示す。

（結果１）
表２に示すように、実施例１の試験片は、比較例１の試験片よりも、破断伸び等の伸びが大きく、延性が高い。さらに、図２に示すように、実施例１の試験片は、残留オーステナイトが１５％程度残留していたが、比較例１の試験片は、残留オーステナイトは殆どなかった。なお、割合が減少した分の残留オーステナイトは、引張試験により、加工誘起マルテンサイトに変態していた。以上の結果から、実施例１の如く、加熱することにより、残留オーステナイトを確保することができることが分かった。

〔実施例２～４〕
実施例１と同じ鋼板（高張力鋼板）の試験片を準備した。次に、予備的加工を模擬する目的で、この試験片に対して、それぞれ、５０℃（実施例２）、１００℃（実施例３）、および２００℃（実施例４）加熱環境下で、１０％の予ひずみまで、引張試験（塑性加工）を行い、室温まで冷却した。

〔比較例２〕
実施例２～４と同じ鋼板（高張力鋼板）の試験片を準備した。実施例２～４と相違する点は、試験片に対して、それぞれ、２０℃の温度環境下で、１０％の予ひずみまで、引張試験（塑性加工）を行った。

実施例２～４および比較例２の試験片に対して、２０℃の温度環境下で、プレス加工を模擬する目的で、試験片が破断するまで、引張試験を行った。この結果を、表３および図３に示す。

（結果２）
図３および表３に示すように、実施例２～４の試験片は、比較例２のものに比べて、破断伸びが向上しており、実施例２～４の試験片の破断伸びは、比較例２のものに比べて、１．５倍～２．０倍程度、向上していた。これは、実施例２～４の試験片は、予ひずみ付与の温度を５０℃以上にすることにより、残留オーステナイトを残留させることができた結果、比較例２に比べて、試験片の延性が、向上したと考えられる。

したがって、鋼板を５０℃以上に加熱した状態で、プレス加工前の予備的加工を行えば、プレス加工の際に、鋼板のプレス成形性の低下を抑えることができると考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

たとえば、本実施形態では、プレス加工前の鋼板の予備的加工の一例として、圧延ロールによる鋼板の圧延を挙げたが、たとえば、曲げ加工、切断加工等のその他の機械加工であてもよい。

５：加熱装置、６：圧延ロール、１０：鋼板、１１：薄肉部、１２：厚肉部

Claims (2)

1. プレス加工用の鋼板の製造方法であって、
   Ｃ：０．０３～０．５０質量％、およびＭｎ：２．０～４．９３質量％を含有し、さらにＳｉを含有するとともに、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、金属組織中の残留オーステナイトの割合が、２０～５０体積％である高張力鋼板を準備する工程と、
   準備した前記高張力鋼板を５０℃～２００℃に加熱した状態で、前記鋼板の少なくとも一部を塑性加工することで、プレス加工前の予備的加工を行う工程と、を含むことを特徴とする鋼板の製造方法。
2. 前記予備的加工を行う工程において、前記塑性加工を、前記準備した鋼板の板厚が異なるように圧延することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼板の製造方法。

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