JP7502621B2 - 加工材の製造方法及び加工材 - Google Patents
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Description
本願は、加工材の製造方法及び加工材を開示する。
特許文献１には、パンチとダイとを用いて鋼材をせん断して加工材を得る技術が開示されている。特許文献１においては、パンチで打ち抜かれた抜き材の破断面を、加工材の破断面に押し付けることにより、加工材の破断面の引張残留応力を低減している。
特許文献２には、パンチとダイとを用いて鋼板を打ち抜いて、抜き穴を形成する技術が開示されている。特許文献２においては、抜き穴を画定するせん断端面のうち、曲率半径の小さな湾曲部において、破断面の板厚方向長さを大きくし、せん断面の割合を小さくすることで、湾曲部が伸びフランジ成形された場合における伸びフランジ割れを抑制している。一方で、抜き穴を画定するせん断端面のうち、湾曲部以外の曲率半径の大きな部分については、破断面の板厚方向長さを短くし、せん断面の割合を大きくすることで、疲労強度の低下を抑制している。特許文献２においては、鋼材をせん断する際、上記の湾曲部に相当する部分よりも先に、それ以外の部分にせん断面を形成している。
特許文献１に開示されているように、鋼材をせん断して得られる加工材においては、破断面の引張残留応力が大きくなる場合がある。鋼材をせん断して加工材を得る場合に、加工材の破断面の引張残留応力を低減可能な新たな技術が必要である。
また、鋼材に対して曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘ（例えば図１参照）と曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙ（例えば図１参照）とを形成する場合、第１切断端面１ｘは、第２切断端面１ｙよりも、例えばその後の成形加工時等に変形が生じ易く、引張残留応力が解消され易い。すなわち、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘに大きな引張残留応力が生じたとしても、加工材の性能を低下させ難い。この点、鋼材に対して曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘと曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙとを形成する場合、第２切断端面１ｙにおいて引張残留応力を低減できるとよい。
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
鋼材を切断して加工材を製造する方法であって、
前記鋼材に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面を形成すること、及び、
前記第１切断端面を形成した後、前記鋼材に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面を形成すること、ここで前記第２切断端面は前記第１切断端面と連続する、
を含む、
加工材の製造方法
を開示する。
鋼材を切断して加工材を製造する方法であって、
前記鋼材に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面を形成すること、及び、
前記第１切断端面を形成した後、前記鋼材に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面を形成すること、ここで前記第２切断端面は前記第１切断端面と連続する、
を含む、
加工材の製造方法
を開示する。
本開示の製造方法において、前記第２切断端面の曲率半径Ｒ２（ｍｍ）と、前記第１切断端面の曲率半径Ｒ１（ｍｍ）との比Ｒ２／Ｒ１が、２．０以上であってもよい。
本開示の製造方法において、せん断加工により前記第１切断端面を形成してもよい。
本開示の製造方法において、前記鋼材が板状であってもよい。
本開示の製造方法において、前記鋼材の引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよい。
本開示の製造方法において、前記鋼材の引張強さが１４７０ＭＰａ以上であってもよい。
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
切断端面を有する鋼材からなる加工材であって、
前記切断端面が、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面と、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面とを備え、
前記第１切断端面と前記第２切断端面とが連続しており、
前記第１切断端面が第１ダレと第１破断面と第１バリとを含み、
前記第２切断端面が第２ダレと第２破断面と第２バリとを含み、
前記第１破断面が、第１部分と第２部分とを含み、
前記第２破断面が、第３部分と第４部分とを含み、
前記第１部分が、前記第１ダレ側から前記第１バリ側に向かって進展した第１き裂によって形成され、
前記第２部分が、前記第１バリ側から前記第１ダレ側に向かって進展した第２き裂によって形成され、
前記第３部分が、前記第２ダレ側から前記第２バリ側に向かって進展した第３き裂によって形成され、
前記第４部分が、前記第２バリ側から前記第２ダレ側に向かって進展した第４き裂によって形成され、
前記第１破断面に占める前記第１部分の面積率をＸ１（％）とし、
前記第１破断面に占める前記第２部分の面積率をＸ２（％）とし、
前記第２破断面に占める前記第３部分の面積率をＹ１（％）とし、
前記第２破断面に占める前記第４部分の面積率をＹ２（％）とした場合、
Ｙ１がＸ１の１．１倍以上である、
加工材
を開示する。
切断端面を有する鋼材からなる加工材であって、
前記切断端面が、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面と、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面とを備え、
前記第１切断端面と前記第２切断端面とが連続しており、
前記第１切断端面が第１ダレと第１破断面と第１バリとを含み、
前記第２切断端面が第２ダレと第２破断面と第２バリとを含み、
前記第１破断面が、第１部分と第２部分とを含み、
前記第２破断面が、第３部分と第４部分とを含み、
前記第１部分が、前記第１ダレ側から前記第１バリ側に向かって進展した第１き裂によって形成され、
前記第２部分が、前記第１バリ側から前記第１ダレ側に向かって進展した第２き裂によって形成され、
前記第３部分が、前記第２ダレ側から前記第２バリ側に向かって進展した第３き裂によって形成され、
前記第４部分が、前記第２バリ側から前記第２ダレ側に向かって進展した第４き裂によって形成され、
前記第１破断面に占める前記第１部分の面積率をＸ１（％）とし、
前記第１破断面に占める前記第２部分の面積率をＸ２（％）とし、
前記第２破断面に占める前記第３部分の面積率をＹ１（％）とし、
前記第２破断面に占める前記第４部分の面積率をＹ２（％）とした場合、
Ｙ１がＸ１の１．１倍以上である、
加工材
を開示する。
本開示の加工材において、Ｙ２＜Ｙ１であってもよい。
本開示の加工材において、Ｘ１／Ｘ２＜Ｙ１／Ｙ２であってもよい。
本開示の加工材において、前記第１切断端面と前記第２切断端面との境界において、前記第１切断端面における前記第１部分と前記第２部分との境界線と、前記第２切断端面における前記第３部分と前記第４部分との境界線と、が不連続となっていてもよい。
本開示の製造方法によれば、鋼材に対して曲率半径が相対的に小さい第１切断端面と曲率半径が相対的に大きい第２切断端面（せん断端面）とを形成して加工材を製造する際、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面における破断面の引張残留応力を低減することができる。
１．課題及び新たな知見
図１（Ａ）～（Ｄ）に鋼材をせん断して加工材を得る場合の流れの一例を示す。まず、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１刃２１と第２刃２２とを離隔させた状態で、その間に鋼材５を配置する。ここで、鋼材５は第１面１０ａと第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを有し、第１刃２１は第１底面２１ａと第１側面２１ｂと第１先端部２１ｘ（図２（Ａ）参照）とを有し、第２刃２２は第２底面２２ａと第２側面２２ｂと第２先端部２２ｘ（図２（Ａ）参照）とを有する。第１先端部２１ｘ及び第２先端部２２ｘは、各々、平面視において、曲率半径の小さな部分と曲率半径の大きな部分とを有する。図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、第１底面２１ａは鋼材５の第１面１０ａと接触し、第２底面２２ａは鋼材５の第２面１０ｂと接触する。第１刃２１はパンチであってもよく、第２刃２２はダイであってもよい。続いて、図１（Ｃ）に示されるように、第１刃２１及び第２刃２２を相対的に移動させることで鋼材５をせん断する。これにより、図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、鋼材５の一部が第１刃２１によってスクラップ１５（図２（Ｃ）参照）として打ち抜かれ、鋼材５の残りの部分が切断端面１を有する加工材１０となり得る。尚、スクラップ１５を何らかの製品に利用してもよい。図１（Ｄ）に示されるように、加工材１０の切断端面１は、上記の第１先端部２１ｘ及び第２先端部２２ｘの形状と対応して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘと曲率半径の大きな第２切断端面１ｙとを有する。
図１（Ａ）～（Ｄ）に鋼材をせん断して加工材を得る場合の流れの一例を示す。まず、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１刃２１と第２刃２２とを離隔させた状態で、その間に鋼材５を配置する。ここで、鋼材５は第１面１０ａと第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを有し、第１刃２１は第１底面２１ａと第１側面２１ｂと第１先端部２１ｘ（図２（Ａ）参照）とを有し、第２刃２２は第２底面２２ａと第２側面２２ｂと第２先端部２２ｘ（図２（Ａ）参照）とを有する。第１先端部２１ｘ及び第２先端部２２ｘは、各々、平面視において、曲率半径の小さな部分と曲率半径の大きな部分とを有する。図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、第１底面２１ａは鋼材５の第１面１０ａと接触し、第２底面２２ａは鋼材５の第２面１０ｂと接触する。第１刃２１はパンチであってもよく、第２刃２２はダイであってもよい。続いて、図１（Ｃ）に示されるように、第１刃２１及び第２刃２２を相対的に移動させることで鋼材５をせん断する。これにより、図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、鋼材５の一部が第１刃２１によってスクラップ１５（図２（Ｃ）参照）として打ち抜かれ、鋼材５の残りの部分が切断端面１を有する加工材１０となり得る。尚、スクラップ１５を何らかの製品に利用してもよい。図１（Ｄ）に示されるように、加工材１０の切断端面１は、上記の第１先端部２１ｘ及び第２先端部２２ｘの形状と対応して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘと曲率半径の大きな第２切断端面１ｙとを有する。
図１（Ａ）～（Ｄ）には、第１刃２１と第２刃２２とで鋼材５をせん断することで、鋼材５の一部に抜き穴を形成する形態を示したが、第１刃２１と第２刃２２とで鋼材５の端部をせん断して除去してもよいし、第１刃２１と第２刃２２とで鋼材５をせん断してスリット等を形成してもよい。また、平面視における切断端面１の形状も図示した形態に限定されるものではなく、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘと、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙとが組み合わせたものであればよい。
せん断によって切断端面を形成する場合のメカニズムの一例について説明する。図２（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、第１刃２１と第２刃２２とで鋼材５をせん断することで、切断端面１を有する加工材１０を得る場合について考える。図２（Ａ）に示されるように、鋼材５の第１面１０ａに第１刃２１の第１底面２１ａが押し付けられることで、鋼材５の第１面１０ａ側にダレ１ａが形成される。ダレ１ａは鋼材５に第１刃２１の第１先端部２１ｘが食い込むまでの過程で形成される。ダレ１ａが形成された後、第１先端部２１ｘが鋼材５に食い込む過程でせん断面１ｅ（図８参照）が形成される場合もある。ダレ１ａが形成された後、又はダレ１ａ及びせん断面１ｅが形成された後、図２（Ｂ）に示されるように、第１刃２１側から第２刃２２側に向かって、第１き裂１ｄｘが発生する。一方で、第２刃２２側においても同様に、鋼材５の第２面１０ｂに第２先端部２２ｘが食い込んだ後、第２刃２２側から第１刃２１側に向かって、第２き裂１ｄｙが発生する。図２（Ｃ）に示されるように、第１き裂１ｄｘ及び第２き裂１ｄｙの各々が進展して互いに合わさることで、破断面１ｂが形成される。また、第１刃２１と第２刃２２とをさらに移動させることで、鋼材５が、スクラップ１５と、目的物である加工材１０とに分離される。この時、図２（Ｃ）に示されるように、加工材１０の切断端面１のうち、第２刃２２側の角部に、バリ１ｃが形成され得る。第１刃２１と第２刃２２との間のシャー角の有無や、平面視における切断端面１の形態（開断面、閉断面等）によらず、図２（Ａ）～（Ｃ）のようなメカニズムで、せん断による切断端面１が形成され得る。
上記のようにして形成された切断端面１においては、せん断による損傷や歪等によって圧縮残留応力や引張残留応力が生じ得る。せん断による切断端面１において大きな引張残留応力が存在すると、例えば、切断端面１の耐水素脆化性又は疲労強度が低下し易い。この点、性能の高い加工材１０を得るためには、切断端面１において如何にして引張残留応力を低減するかが一つの課題となり得る。特に、特許文献１に開示されているように、切断端面１のうち破断面１ｂにおける引張残留応力を低減できるとよい。
また、図１に示されるように、鋼材５を切断して曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘと曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙとを形成する場合、第１切断端面１ｘは、第２切断端面１ｙよりも、その後の成形加工時等において変形が生じ易く、引張残留応力が解消され易い。すなわち、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘに大きな引張残留応力が生じたとしても、加工材１０の性能を低下させ難い。この点、鋼材５に対して曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘと曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙとを形成する場合、第１切断端面１ｘよりも第２切断端面１ｙにおいて引張残留応力を低減できるとよい。
本発明者は、鋼材５に対するせん断の条件と、当該せん断によって生じた切断端面１の性状との関係について数々の実験・分析を繰り返した結果、以下の新たな知見を得た。
図３（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、第１刃２１によって鋼材５の一部１１を打ち抜くとともに、第２刃２２によって鋼材５の他部１２を打ち抜く場合について説明する。この場合において、図３（Ａ）に示されるように、第１刃２１側から優先的にき裂が進展した場合、一部１１の切断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、他部１２の切断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、一部１１をスクラップ１５とする一方、他部１２を製品（加工材１０）として好適に採用し得る。また、図３（Ｂ）に示されるように、第１刃２１側及び第２刃２２側の双方から同等にき裂が進展した場合、一部１１及び他部１２の双方の切断端面に同等の引張残留応力が生じ得る。すなわち、一部１１と他部１２との特性のバラつきが抑えられる。この点、一部１１及び他部１２の双方を製品として採用する場合に好適といえる。さらに、図３（Ｃ）に示されるように、第２刃２２側から優先的にき裂が進展した場合、他部１２の切断端面における引張残留応力が大きくなる一方で、一部１１の切断端面における引張残留応力が小さくなる。すなわち、他部１２をスクラップ１５とする一方、一部１１を製品（加工材１０）として好適に採用し得る。
以上の知見から、以下のことがいえる。
（１）切断端面１のうち破断面１ｂに生じる引張残留応力は、破断面１ｂを形成するき裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向や長さに依存して変化する。
（２）破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側（第１刃２１側）から進展したき裂１ｄｘが長くなるほど、加工材１０の破断面１ｂの引張残留応力が小さくなり、スクラップ１５の破断面の引張残留応力が大きくなる。
（３）すなわち、加工材１０の破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも大きい場合、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも小さい場合よりも、破断面１ｂの引張残留応力を相対的に低減することができる。
（１）切断端面１のうち破断面１ｂに生じる引張残留応力は、破断面１ｂを形成するき裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向や長さに依存して変化する。
（２）破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側（第１刃２１側）から進展したき裂１ｄｘが長くなるほど、加工材１０の破断面１ｂの引張残留応力が小さくなり、スクラップ１５の破断面の引張残留応力が大きくなる。
（３）すなわち、加工材１０の破断面１ｂにおいて、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも大きい場合、ダレ１ａ側から進展した第１き裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展した第２き裂１ｄｙに由来する部分の面積率よりも小さい場合よりも、破断面１ｂの引張残留応力を相対的に低減することができる。
本発明者は、鋼材５のせん断時に、き裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向や長さを制御することについて、数々の実験・分析を繰り返した結果、さらに、以下の新たな知見を得た。
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、き裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向や長さは、せん断時のスクラップ１５の拘束状態によって変化する。具体的には、スクラップ１５の拘束が小さい場合は、せん断時にスクラップ１５側に倒れ角αが生じ易く、図４（Ａ）に白抜き矢印で示されるように、第１刃２１からき裂１ｄｘが進展し易くなり、結果として加工材１０の破断面１ｂにおける引張残留応力が小さくなり易い。一方で、スクラップ１５の拘束が大きい場合は、せん断時にスクラップ１５側に倒れ角αが生じ難く、図４（Ｂ）に白抜き矢印で示されるように、第１刃２１及び第２刃２２の双方からき裂１ｄｘ、１ｄｙが進展し易くなり、結果として、加工材１０の破断面１ｂにおける引張残留応力が大きくなり易い。
せん断時のスクラップの拘束状態は、切断端面の曲率半径等によって変化する。例えば、曲率半径の小さな切断端面を形成する場合よりも、曲率半径の大きな切断端面を形成する場合のほうが、スクラップ１５の拘束が小さく、せん断時にスクラップ１５側に倒れ角αが生じ易い。また、抜き穴等の閉断面を形成する場合よりも、トリミング等の開断面を形成する場合のほうが、スクラップ１５の拘束が小さく、せん断時にスクラップ１５側に倒れ角αが生じ易い。
以上の知見から、以下のことがいえる。
（４）鋼材５の一部をせん断して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘと曲率半径の大きな第２切断端面１ｙとを形成する場合において、当該第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとを、１度のせん断で同時に形成しようとすると、スクラップ１５の拘束が大きくなり、スクラップ１５側に倒れ角αが生じ難く、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとの双方において引張残留応力が生じ易い。
（５）鋼材５の一部をせん断して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成する場合、第１切断端面１ｘを形成する際は、スクラップ１５の拘束が大きいことから、第１切断端面１ｘに引張残留応力が生じるものの、その後の第２切断端面１ｙの形成の際は、スクラップ１５の拘束が小さいことから、第２切断端面１ｙに生じる引張残留応力を相対的に低減することができる。ここで、上述したように、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘに生じた引張残留応力は、加工材１０の性能を低下させ難い。
（６）鋼材５に対して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成する場合、第１切断端面１ｘは、せん断加工以外の方法によって形成されたものであってもよい。すなわち、せん断加工に限られない切断加工によって曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、せん断加工によって曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成した場合にも、第２切断端面１ｙにおいて引張残留応力を低減することができる。
（４）鋼材５の一部をせん断して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘと曲率半径の大きな第２切断端面１ｙとを形成する場合において、当該第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとを、１度のせん断で同時に形成しようとすると、スクラップ１５の拘束が大きくなり、スクラップ１５側に倒れ角αが生じ難く、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとの双方において引張残留応力が生じ易い。
（５）鋼材５の一部をせん断して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成する場合、第１切断端面１ｘを形成する際は、スクラップ１５の拘束が大きいことから、第１切断端面１ｘに引張残留応力が生じるものの、その後の第２切断端面１ｙの形成の際は、スクラップ１５の拘束が小さいことから、第２切断端面１ｙに生じる引張残留応力を相対的に低減することができる。ここで、上述したように、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘに生じた引張残留応力は、加工材１０の性能を低下させ難い。
（６）鋼材５に対して、曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成する場合、第１切断端面１ｘは、せん断加工以外の方法によって形成されたものであってもよい。すなわち、せん断加工に限られない切断加工によって曲率半径の小さな第１切断端面１ｘを形成した後、せん断加工によって曲率半径の大きな第２切断端面１ｙを形成した場合にも、第２切断端面１ｙにおいて引張残留応力を低減することができる。
本開示の加工材の製造方法は、以上の知見に基づき完成されたものである。
２．加工材の製造方法（第１実施形態）
図５（Ａ）～（Ｃ）に、鋼材５を切断して加工材１０を製造する方法の一例を示す。図５（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、本開示の製造方法は、
鋼材５に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘを形成すること（図５（Ａ）及び（Ｂ））、及び、
第１切断端面１ｘを形成した後、鋼材５に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成すること、ここで第２切断端面１ｙは第１切断端面１ｘと連続する（図５（Ｃ））、
を含む。
図５（Ａ）～（Ｃ）に、鋼材５を切断して加工材１０を製造する方法の一例を示す。図５（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、本開示の製造方法は、
鋼材５に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘを形成すること（図５（Ａ）及び（Ｂ））、及び、
第１切断端面１ｘを形成した後、鋼材５に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成すること、ここで第２切断端面１ｙは第１切断端面１ｘと連続する（図５（Ｃ））、
を含む。
２．１ 鋼材
鋼材５の形状は、せん断加工が可能である限り、特に限定されるものではない。鋼材５は、例えば、板状であってもよいし、棒状であってもよい。鋼材５が板状である場合、その板厚は、例えば、０．８ｍｍ以上であってもよく、３．０ｍｍ以下であってもよい。また、鋼材５が棒状である場合、その断面形状は特に限定されず、例えば円状であっても多角形状であってもよく、その断面の円相当直径は１０ｍｍ以上であってもよく、１５０ｍｍ以下であってもよい。さらに、鋼材５は、折り曲げ等によって何らかの形状に成形されたものであってもよい。
鋼材５の形状は、せん断加工が可能である限り、特に限定されるものではない。鋼材５は、例えば、板状であってもよいし、棒状であってもよい。鋼材５が板状である場合、その板厚は、例えば、０．８ｍｍ以上であってもよく、３．０ｍｍ以下であってもよい。また、鋼材５が棒状である場合、その断面形状は特に限定されず、例えば円状であっても多角形状であってもよく、その断面の円相当直径は１０ｍｍ以上であってもよく、１５０ｍｍ以下であってもよい。さらに、鋼材５は、折り曲げ等によって何らかの形状に成形されたものであってもよい。
図５（Ａ）に示されるように、鋼材５は、第１面１０ａと第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを備えていてもよい。第１面１０ａと第２面１０ｂとは互いに平行であってもよい。尚、本願にいう「平行」とは、完全な平行に限定されるものではなく、実質的に平行であればよい。すなわち、第１面１０ａと第２面１０ｂとが完全な平行ではない場合においても、工業生産上許容される誤差の範囲内であれば平行とみなす。具体的には、第１面１０ａと第２面１０ｂとのなす角が０°±１°の場合、当該第１面１０ａと第２面１０ｂとは平行であるものとみなす。
鋼材５は表面処理層を有していてもよい。表面処理層としては、めっき層や塗膜等が挙げられる。また、鋼材５は鋼種の異なる複数の層を含むものであってもよい。例えば、鋼材５としてクラッド鋼を採用することも可能である。
鋼材５の機械特性は特に限定されるものではなく、加工材１０の用途に応じて適宜決定され得る。ただし、引張残留応力による耐水素脆化性の低下の問題は、特に、高強度の鋼材において生じ易い。この点、鋼材５は、例えば、引張強さが９８０ＭＰａ以上であってもよく、１１８０ＭＰａ以上であってもよく、１４７０ＭＰａ以上であってもよい。鋼材５の引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、２５００ＭＰａ以下であってもよく、２２００ＭＰａ以下であってもよく、２０００ＭＰａ以下であってもよい。尚、本願にいう鋼材の「引張強さ」とは、ＩＳＯ ６８９２－１：２００９にしたがうものである。
鋼材５の化学組成や金属組織は特に限定されるものではなく、加工材１０の用途に応じて適宜決定され得る。本開示の技術によれば、鋼材５の化学組成や金属組織によらず、破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。化学組成の一例として、鋼材５は、質量％で、Ｃ：０．０５０～０．８００％、Ｓｉ：０．０１～３．００％、Ｍｎ：０．０１～１０．００％、Ａｌ：０．００１～０．５００％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｎ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０～３．０００％、Ｍｏ：０～１．０００％、Ｂ：０～０．０１００％、Ｔｉ：０～０．５００％、Ｎｂ：０～０．５００％、Ｖ：０～０．５００％、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｎｉ：０～０．５０％、Ｏ：０～０．０２０％、Ｗ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１０％、Ｃｏ：０～０．５０％、Ｓｎ：０～０．０５０％、Ｓｂ：０～０．０５０％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｍｇ：０～０．０５０％、Ｃａ：０～０．０５０％、Ｙ：０～０．０５０％、Ｚｒ：０～０．０５０％、Ｌａ：０～０．０５０％、Ｃｅ：０～０．０５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物からなる化学組成を有していてもよい。また、鋼材５の上記化学組成において、任意に添加される元素であるＣｒ、Ｍｏ、Ｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、及びＣｅの含有量の下限は０．０００１％又は０．００１％であってもよい。
２．２ 第１切断端面の形成
本開示の製造方法においては、まず、上記したような鋼材５に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘを形成する。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５の一部を打ち抜いて抜き穴を形成する場合、当該抜き穴を画定する切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。尚、切断線Ｌのうちどこからどこまでを曲率半径が相対的に小さい部分とし、どこからどこまでを曲率半径が大きい部分とするかについては、引張残留応力を低減したい部分に応じて適宜決定すればよい。本開示の製造方法は、切断線Ｌの全体を１回で切断するのではなく、２回以上に分割して切断することで、スクラップ１５（図２（Ｃ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）の拘束状態を変化させつつ切断加工及びせん断加工を行う点に特徴があり、曲率半径が相対的に小さい部分と曲率半径が相対的に大きい部分との境目を厳密に特定する必要はない。例えば、図５（Ｂ）において、第１切断端面１ｘは、切断線Ｌのうち、湾曲部分とともに少々の直線部分を含んでいてもよい。また、引張残留応力を最も低減したい部分が後述の第２切断端面１ｙに含まれるように、それ以外の部分を第１切断端面１ｘとしてもよい。
本開示の製造方法においては、まず、上記したような鋼材５に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘを形成する。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５の一部を打ち抜いて抜き穴を形成する場合、当該抜き穴を画定する切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。尚、切断線Ｌのうちどこからどこまでを曲率半径が相対的に小さい部分とし、どこからどこまでを曲率半径が大きい部分とするかについては、引張残留応力を低減したい部分に応じて適宜決定すればよい。本開示の製造方法は、切断線Ｌの全体を１回で切断するのではなく、２回以上に分割して切断することで、スクラップ１５（図２（Ｃ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）の拘束状態を変化させつつ切断加工及びせん断加工を行う点に特徴があり、曲率半径が相対的に小さい部分と曲率半径が相対的に大きい部分との境目を厳密に特定する必要はない。例えば、図５（Ｂ）において、第１切断端面１ｘは、切断線Ｌのうち、湾曲部分とともに少々の直線部分を含んでいてもよい。また、引張残留応力を最も低減したい部分が後述の第２切断端面１ｙに含まれるように、それ以外の部分を第１切断端面１ｘとしてもよい。
切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分の当該曲率半径は、例えば、１００ｍｍ以下であってもよい。一方、切断線Ｌのうち最も曲率半径の大きな部分は、直線であってもよい。
第１切断端面１ｘは、平面視において、後述する第２切断端面１ｙよりも曲率半径が相対的に小さければよい。例えば、第２切断端面１ｙの曲率半径Ｒ２（ｍｍ）と、第１切断端面１ｘの曲率半径Ｒ１（ｍｍ）との比Ｒ２／Ｒ１が、２．０以上であってもよいし、５．０以上であってもよい。尚、本願においては、第１切断端面１ｘの曲率半径Ｒ１や第２切断端面１ｙの曲率半径Ｒ２は、以下の通りにして特定する。すなわち、各々の切断端面１ｘ、１ｙにおいて曲率半径の最も小さい部分を特定して、これを各々Ｒ１、Ｒ２とみなす。具体的には、鋼材５の平面上に２ｍｍ間隔に隣接する３点に基づいて曲率半径を測定し、測定した曲率半径が最も小さくなる部分を特定し、第１切断端面１ｘの曲率半径Ｒ１や第２切断端面１ｙの曲率半径Ｒ２を特定する。
平面視における第１切断端面１ｘの長さは特に限定されるものではないが、例えば、１０ｍｍ以上であってもよいし、５００ｍｍ以下であってもよい。或いは、一つの第１切断端面１ｘの長さＬ１と、一つの第２切断端面１ｙの長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が、０．５以上であってもよいし、３．０以下であってもよい。
第１切断端面１ｘの形成は、せん断加工に限られるものではない。例えば、レーザー加工や機械加工等のせん断加工以外の一般的な切断加工によって第１切断端面１ｘを形成してもよい。ただし、製造設備を共通化する観点や工程を簡略化する観点等からは、せん断加工により第１切断端面１ｘを形成してもよい。せん断加工の一例については後述する。
２．３ 第２切断端面の形成
本開示の製造方法においては、第１切断端面１ｘを形成した後、鋼材５に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。ここで第２切断端面１ｙは第１切断端面１ｘと連続する。すなわち、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとは、互いに連結して一つの切断端面を形成し得る。尚、第２切断端面１ｙは、１回のせん断によって形成されてもよいし、複数回のせん断によって形成されてもよい。このように、本開示の製造方法においては、第１切断端面１ｘの形成と第２切断端面１ｙの形成とを分けて、１段階目の切断時と２段階目のせん断時とでスクラップ１５（図２（Ｃ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）の拘束状態を変化させることで、第２切断端面１ｙが形成される際のき裂の進展方向を適切に制御することができ、結果として、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
本開示の製造方法においては、第１切断端面１ｘを形成した後、鋼材５に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。ここで第２切断端面１ｙは第１切断端面１ｘと連続する。すなわち、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとは、互いに連結して一つの切断端面を形成し得る。尚、第２切断端面１ｙは、１回のせん断によって形成されてもよいし、複数回のせん断によって形成されてもよい。このように、本開示の製造方法においては、第１切断端面１ｘの形成と第２切断端面１ｙの形成とを分けて、１段階目の切断時と２段階目のせん断時とでスクラップ１５（図２（Ｃ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）の拘束状態を変化させることで、第２切断端面１ｙが形成される際のき裂の進展方向を適切に制御することができ、結果として、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
２．４ せん断加工の一例
本開示の製造方法においては、以下に説明するようなせん断加工によって、第１切断端面１ｘを形成してもよいし、第２切断端面１ｙを形成してもよい。
本開示の製造方法においては、以下に説明するようなせん断加工によって、第１切断端面１ｘを形成してもよいし、第２切断端面１ｙを形成してもよい。
例えば、図１及び２に示されるように、鋼材５を第１刃２１と第２刃２２との間に配置する。ここで第１刃２１は第１底面２１ａと第１側面２１ｂと第１先端部２１ｘとを有し、第２刃２２は第２底面２２ａと第２側面２２ｂと第２先端部２２ｘとを有する。第１先端部２１ｘや第２先端部２２ｘは、第１切断端面１ｘ又は第２切断端面１ｙと対応する形状を有する。鋼材５を第１刃２１と第２刃２２との間に配置した後、第１刃２１と第２刃２２とを相対的に移動させて鋼材５をせん断することで、第１切断端面１ｘ又は第２切断端面１ｙを形成することができる。言うまでもないが、第１切断端面１ｘ及び第２切断端面１ｙの双方について、第１刃２１と第２刃２２とを用いたせん断によって形成する場合、第１切断端面１ｘを形成するための第１刃２１及び第２刃２２と、第２切断端面１ｙを形成するための第１刃２１及び第２刃２２とは、刃の形状が異なる。
２．４．１ 第１刃
第１刃２１は、第１底面２１ａ、第１側面２１ｂ及び第１先端部２１ｘを有する。第１底面２１ａは、第１刃２１の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第１側面２１ｂは、第１刃２１の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第１先端部２１ｘは、第１底面２１ａと第１側面２１ｂとの交線付近の部分をいう。例えば、第１底面２１ａと第１側面２１ｂとの交線から第１底面２１ａ側及び第１側面２１ｂ側の双方に向かって２ｍｍの範囲にある部分であってもよい。第１刃２１の先端がＲを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、第１底面２１ａに沿って延長した面と、第１側面２１ｂに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第１底面２１ａ側及び第１側面２１ｂ側の双方に向かってＲ＋２ｍｍの範囲内に含まれる部分を第１先端部２１ｘとみなしてもよい。
第１刃２１は、第１底面２１ａ、第１側面２１ｂ及び第１先端部２１ｘを有する。第１底面２１ａは、第１刃２１の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第１側面２１ｂは、第１刃２１の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第１先端部２１ｘは、第１底面２１ａと第１側面２１ｂとの交線付近の部分をいう。例えば、第１底面２１ａと第１側面２１ｂとの交線から第１底面２１ａ側及び第１側面２１ｂ側の双方に向かって２ｍｍの範囲にある部分であってもよい。第１刃２１の先端がＲを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、第１底面２１ａに沿って延長した面と、第１側面２１ｂに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第１底面２１ａ側及び第１側面２１ｂ側の双方に向かってＲ＋２ｍｍの範囲内に含まれる部分を第１先端部２１ｘとみなしてもよい。
第１底面２１ａの形状は、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。第１底面２１ａは平坦面や曲面を有していてもよく、当該平坦面や曲面は鋼材５のせん断時、第１面１０ａと対面し得る。
第１側面２１ｂの形状は、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。第１側面２１ｂは平坦面や曲面を有していてもよい。
第１先端部２１ｘは、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。図５（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５に抜き穴を設ける場合、第２切断端面１ｙの形成時に用いられる第１刃２１において、第１先端部２１ｘの形状は、当該抜き穴の縁に沿った環状であってもよい。
せん断動作前の待機状態において、第１刃２１は、第２刃２２よりも上方に配置されていてもよい。この場合、第１刃２１は、第２刃２２の第２底面２２ａの上に載置された鋼材５の一部を、上から下へと打ち抜くパンチであってもよい。
第１刃２１は、せん断加工に用いられる刃として一般的な材質からなる。例えば、第１刃２１は、ＳＫＤ１１からなっていてもよい。また、第１刃２１はその表面に第１コーティングを有してもよい。
２．４．２ 第２刃
第２刃２２は、第２底面２２ａ、第２側面２２ｂ及び第２先端部２２ｘを有する。第２底面２２ａは、第２刃２２の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第２側面２２ｂは、第２刃２２の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第２先端部２２ｘは、第２底面２２ａと第２側面２２ｂとの交線付近の部分をいう。例えば、第２底面２２ａと第２側面２２ｂとの交線から第２底面２２ａ側及び第２側面２２ｂ側の双方に向かって２ｍｍの範囲にある部分であってもよい。第２刃２２の先端がＲを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、上述した第１先端部２１ｘと同様に、第２先端部２２ｘを特定し得る。すなわち、第２底面２２ａに沿って延長した面と、第２側面２２ｂに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第２底面２２ａ側及び第２側面２２ｂ側の双方に向かってＲ＋２ｍｍの範囲内に含まれる部分を第２先端部２２ｘとみなしてもよい。
第２刃２２は、第２底面２２ａ、第２側面２２ｂ及び第２先端部２２ｘを有する。第２底面２２ａは、第２刃２２の相対的な移動方向に対して交差する面を有していてもよく、当該移動方向に対して直交する面を有していてもよい。また、第２側面２２ｂは、第２刃２２の相対的な移動方向に沿った面を有していてもよく、当該移動方向に対して傾いた面を有していてもよい。また、第２先端部２２ｘは、第２底面２２ａと第２側面２２ｂとの交線付近の部分をいう。例えば、第２底面２２ａと第２側面２２ｂとの交線から第２底面２２ａ側及び第２側面２２ｂ側の双方に向かって２ｍｍの範囲にある部分であってもよい。第２刃２２の先端がＲを有するように加工されている場合や先端が面取りされている場合は、上述した第１先端部２１ｘと同様に、第２先端部２２ｘを特定し得る。すなわち、第２底面２２ａに沿って延長した面と、第２側面２２ｂに沿って延長した面との交線を仮定し、当該交線から第２底面２２ａ側及び第２側面２２ｂ側の双方に向かってＲ＋２ｍｍの範囲内に含まれる部分を第２先端部２２ｘとみなしてもよい。
第２底面２２ａの形状は、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。第２底面２２ａは平坦面や曲面を有していてもよい。
第２側面２２ｂの形状は、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。第２側面２２ｂは平坦面であっても、曲面であっても、平坦面と曲面との組み合わせであってもよい。
第２先端部２２ｘは、目的とする加工材１０の切断端面１ｘ、１ｙの形状に応じて決定され得る。図５（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５に抜き穴を設ける場合、第２切断端面１ｙの形成時に用いられる第２刃２２において、第２先端部２２ｘの形状は、当該抜き穴の縁に沿った環状であってもよい。
せん断動作前の待機状態において、第２刃２２は、第１刃２１よりも下方に配置されていてもよい。この場合、第２刃２２は、鋼材５が載置されるダイであってもよい。
第１刃２１は、せん断加工に用いられる刃として一般的な材質からなる。例えば、第２刃２２は、ＳＫＤ１１からなっていてもよい。第２刃２２の材質は、第１刃２１の材質と同じであっても異なっていてもよい。また、第２刃２２はその表面に第２コーティングを有してもよい。
２．４．３ 鋼材の配置
本開示の製造方法においては、鋼材５に対して第１切断端面１ｘや第２切断端面１ｙを形成するにあたって、上記のような第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置してもよい。第１刃２１と第２刃２２との間における鋼材５の配置について特に制限はなく、鋼材５を適切にせん断できるように配置されればよい。例えば、図１（Ｂ）に示されるように、鋼材５の上方に第１刃２１が配置されるようにしつつ、第２刃２２の第２底面２２ａの上に鋼材５を載置してもよい。また、本開示の製造方法においては、鋼材５のせん断時にスクラップ１５の拘束状態を制御するため、第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置する際、不図示の押さえ部材（ホルダー）によって鋼材５を第１底面２１ａや第２底面２２ａへと押さえつけてもよい。押さえ部材の形態は特に限定されるものではなく、一般的な押さえ部材を採用すればよい。
本開示の製造方法においては、鋼材５に対して第１切断端面１ｘや第２切断端面１ｙを形成するにあたって、上記のような第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置してもよい。第１刃２１と第２刃２２との間における鋼材５の配置について特に制限はなく、鋼材５を適切にせん断できるように配置されればよい。例えば、図１（Ｂ）に示されるように、鋼材５の上方に第１刃２１が配置されるようにしつつ、第２刃２２の第２底面２２ａの上に鋼材５を載置してもよい。また、本開示の製造方法においては、鋼材５のせん断時にスクラップ１５の拘束状態を制御するため、第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置する際、不図示の押さえ部材（ホルダー）によって鋼材５を第１底面２１ａや第２底面２２ａへと押さえつけてもよい。押さえ部材の形態は特に限定されるものではなく、一般的な押さえ部材を採用すればよい。
２．４．４ せん断の際の第１刃と第２刃の動作及び関係
本開示の製造方法においては、第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置した後、第１刃２１と第２刃２２とを相対的に移動させることで、鋼材５をせん断して、第１切断端面１ｘや第２切断端面１ｙを形成し得る。第１刃２１及び第２刃２２の相対的な移動は、不図示の移動装置によって行われればよい。或いは、第１刃２１及び第２刃２２の少なくとも一方を手動で移動させてもよい。
本開示の製造方法においては、第１刃２１と第２刃２２との間に鋼材５を配置した後、第１刃２１と第２刃２２とを相対的に移動させることで、鋼材５をせん断して、第１切断端面１ｘや第２切断端面１ｙを形成し得る。第１刃２１及び第２刃２２の相対的な移動は、不図示の移動装置によって行われればよい。或いは、第１刃２１及び第２刃２２の少なくとも一方を手動で移動させてもよい。
尚、せん断の際、第１刃２１と第２刃２２との間に、クリアランスが設けられてもよい。クリアランスは、鋼材５の材質や板厚等に応じて適宜決定され得る。例えば、鋼材５が板状である場合、クリアランスは、板厚の５％以上又は６％以上であってもよく、２５％以下又は１８％以下であってもよい。また、本発明者の新たな知見によれば、クリアランスが１０％以上１４％以下である場合に、鋼材５に対するせん断時のき裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向をより適切に制御し易い。尚、本願にいう「クリアランス」とは、ＩＳＯ １６６３０：２００９にしたがうものである。
せん断の際、第１刃２１と第２刃２２との間にシャー角が設けられてもよい。シャー角は０°以上であってもよく、１０°以下であってもよい。また、本発明者の新たな知見によれば、シャー角が０°以上１°以下である場合に、鋼材５に対するせん断時のき裂１ｄｘ、１ｄｙの進展方向を適切に制御し易い。
３．加工材の製造方法（第２実施形態）
図５（Ａ）～（Ｃ）に示す製造方法においては、鋼材５の一部を打ち抜いて抜き穴を形成する形態を示したが、本開示の製造方法はこの形態に限定されるものではない。例えば、図６（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５をトリミングする形態においても本開示の製造方法を採用し得る。すなわち、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５をトリミングする場合にも、切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。第１切断端面１ｘを形成した後は、図６（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対してせん断加工を施して、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。これにより、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
図５（Ａ）～（Ｃ）に示す製造方法においては、鋼材５の一部を打ち抜いて抜き穴を形成する形態を示したが、本開示の製造方法はこの形態に限定されるものではない。例えば、図６（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５をトリミングする形態においても本開示の製造方法を採用し得る。すなわち、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５をトリミングする場合にも、切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。第１切断端面１ｘを形成した後は、図６（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対してせん断加工を施して、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。これにより、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
４．加工材の製造方法（第３実施形態）
図５（Ａ）～（Ｃ）及び図６（Ａ）～（Ｃ）に示す製造方法においては、鋼材５の切断線Ｌが環状である形態を示したが、本開示の方法はこの形態に限定されるものではない。例えば、図７（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対して開断面を形成する形態においても本開示の製造方法を採用し得る。すなわち、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５に対して開断面を形成する場合にも、切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。第１切断端面１ｘを形成した後は、図７（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対してせん断加工を施して、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。これにより、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
図５（Ａ）～（Ｃ）及び図６（Ａ）～（Ｃ）に示す製造方法においては、鋼材５の切断線Ｌが環状である形態を示したが、本開示の方法はこの形態に限定されるものではない。例えば、図７（Ａ）～（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対して開断面を形成する形態においても本開示の製造方法を採用し得る。すなわち、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、鋼材５に対して開断面を形成する場合にも、切断線Ｌの全体を一度に打ち抜くことはせず、当該切断線Ｌのうち曲率半径が相対的に小さい部分を先に切断して、第１切断端面１ｘを形成する。第１切断端面１ｘを形成した後は、図７（Ｃ）に示されるように、鋼材５に対してせん断加工を施して、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙを形成する。これにより、第２切断端面１ｙの破断面１ｂにおける引張残留応力を低減することができる。
５．補足
尚、上記においては、第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙとなる切断線Ｌを介して、スクラップ１５側となる部分を「片持」で支えられた状態とする（スクラップ１５側となる部分が、一本の切断線Ｌのみを介して加工材１０側に保持されるようにする）形態について示したが、本開示の製造方法は、この形態に限定されるものではない。第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙが両持或いはそれ以上となるような場合であっても、第２切断端面１ｙを形成する前に第１切断端面１ｘを形成することで、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとを同時にせん断する場合と比べて、スクラップ１５側の拘束が小さくなり、第２切断端面１ｙを形成する際にスクラップ１５側に倒れ角αを生じさせ易くなることから、第２切断端面１ｙの破断面１ｂに生じる引張残留応力を相対的に低減することができる。ただし、本発明者の新たな知見によれば、第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙとなる切断線Ｌを介して、スクラップ１５側となる部分が加工材１０側となる部分から「片持」で支えられた状態とすることで、その後、せん断によって第２切断端面１ｙを形成する場合に、スクラップ１５側に一層大きな倒れ角αを生じさせ易くなり、第２切断端面１ｙの破断面１ｂに生じる引張残留応力を一層低減することができる。
尚、上記においては、第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙとなる切断線Ｌを介して、スクラップ１５側となる部分を「片持」で支えられた状態とする（スクラップ１５側となる部分が、一本の切断線Ｌのみを介して加工材１０側に保持されるようにする）形態について示したが、本開示の製造方法は、この形態に限定されるものではない。第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙが両持或いはそれ以上となるような場合であっても、第２切断端面１ｙを形成する前に第１切断端面１ｘを形成することで、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとを同時にせん断する場合と比べて、スクラップ１５側の拘束が小さくなり、第２切断端面１ｙを形成する際にスクラップ１５側に倒れ角αを生じさせ易くなることから、第２切断端面１ｙの破断面１ｂに生じる引張残留応力を相対的に低減することができる。ただし、本発明者の新たな知見によれば、第１切断端面１ｘを形成した後において、第２切断端面１ｙとなる切断線Ｌを介して、スクラップ１５側となる部分が加工材１０側となる部分から「片持」で支えられた状態とすることで、その後、せん断によって第２切断端面１ｙを形成する場合に、スクラップ１５側に一層大きな倒れ角αを生じさせ易くなり、第２切断端面１ｙの破断面１ｂに生じる引張残留応力を一層低減することができる。
６．加工材の性状の一例
本開示の製造方法により得られる加工材１０は、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙにおいて、特に破断面１ｂにおける引張残留応力が低減され得る。以下、加工材１０の第２切断端面１ｙの一例について説明するが、第２切断端面１ｙは以下の形態に限定されるものではない。図８及び９に示されるように、加工材１０の第２切断端面１ｙは、ダレ１ａと破断面１ｂとバリ１ｃとを備える。破断面１ｂは、第１部分１ｂｘと第２部分１ｂｙとを含む。第１部分１ｂｘは、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側へと進展した第１き裂１ｄｘによって形成され、第２部分１ｂｙは、バリ１ｃ側からダレ１ａ側へと進展した第２き裂１ｄｙによって形成される。破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率は、破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率よりも大きい。
本開示の製造方法により得られる加工材１０は、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙにおいて、特に破断面１ｂにおける引張残留応力が低減され得る。以下、加工材１０の第２切断端面１ｙの一例について説明するが、第２切断端面１ｙは以下の形態に限定されるものではない。図８及び９に示されるように、加工材１０の第２切断端面１ｙは、ダレ１ａと破断面１ｂとバリ１ｃとを備える。破断面１ｂは、第１部分１ｂｘと第２部分１ｂｙとを含む。第１部分１ｂｘは、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側へと進展した第１き裂１ｄｘによって形成され、第２部分１ｂｙは、バリ１ｃ側からダレ１ａ側へと進展した第２き裂１ｄｙによって形成される。破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率は、破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率よりも大きい。
図８及び９に示されるように、第２切断端面１ｙは、ダレ１ａと破断面１ｂとバリ１ｃとを備える。また、第２切断端面１ｙは、せん断面１ｅを備えていてもよい。第２切断端面１ｙのうち、ダレ１ａ、バリ１ｃ、及び、せん断面１ｅについては、加工材１０の形態に応じて任意の形態を採り得る。ダレ１ａ、バリ１ｃ、及び、せん断面１ｅについては、従来と同様の形態であってもよい。
加工材１０は、第２切断端面１ｙのうち破断面１ｂの構成に一つの特徴がある。図８及び９に示されるように、破断面１ｂは、第１部分１ｂｘと第２部分１ｂｙとを含む。第１部分１ｂｘは、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側へと進展した第１き裂１ｄｘによって形成され、第２部分１ｂｙは、バリ１ｃ側からダレ１ａ側へと進展した第２き裂１ｄｙによって形成される。
第１き裂１ｄｘの進展方向は、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側へと向かう方向であればよい。加工材１０が板状である場合、第１き裂１ｄｘの進展方向は、加工材１０の板厚方向に沿った方向（第１面１０ａ及び第２面１０ｂに対して直交する方向）であってもよいし、板厚方向に対して傾いた方向であってもよい。また、第２き裂１ｄｙの進展方向は、バリ１ｃ側からダレ１ａ側へと向かう方向であればよい。加工材１０が板状である場合、第２き裂１ｄｙの進展方向は、加工材１０の板厚方向に沿った方向（第１面１０ａ及び第２面１０ｂに対して直交する方向）であってもよいし、板厚方向に対して傾いた方向であってもよい。例えば、鋼材５のせん断の際、第１刃２１と第２刃２２との間にクリアランスが設けられた場合、第１き裂１ｄｘ及び第２き裂１ｄｙの進展方向が板厚方向に対して傾いた方向となり得、クリアランスが大きいほど、傾きが大きくなり得る。
第１き裂１ｄｘは、ダレ１ａ側を起点としてバリ１ｃ側へと進展し、バリ１ｃ側にて第２き裂１ｄｙと合わさるものであればよく、必ずしも、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側の第２き裂１ｄｙに向かって最短経路で進展する必要はない。例えば、第１き裂１ｄｘは、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側に進展する途中において、図２（Ｂ）の紙面奥手前方向（加工材１０が板状である場合、例えば、板幅方向）に向かって進展してもよい。第２き裂１ｄｙについても同様である。
第２切断端面１ｙにおいて、破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率は、破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率よりも大きくてもよい。言い換えれば、第２切断端面１ｙにおいて、ダレ１ａ側からバリ１ｃ側に向かって進展した第１き裂１ｄｘの平均長さが、バリ１ｃ側からダレ１ａ側に向かって進展した第２き裂１ｄｙの平均長さよりも長くてもよい。上記の通り、破断面１ｂのうち、ダレ１ａ側から進展したき裂１ｄｘに由来する部分の面積率が、バリ１ｃ側から進展したき裂１ｄｘに由来する部分の面積率よりも大きい場合、破断面１ｂの引張残留応力を相対的に低減することができる。
尚、破断面１ｂにおける第１部分１ｂｘ及び第２部分１ｂｙの各々の面積率や第１き裂１ｄｘ及び第２き裂１ｄｙの各々の長さを特定するにあたって、破断面１ｂの表面の凹凸は考慮しないものとする。例えば、図１０（Ａ）に示されるように、第２切断端面１ｙを正面から見た場合において、第１き裂１ｄｘの起点となる位置をＰ１、第２き裂１ｄｙの起点となる位置をＰ２、第１き裂１ｄｘと第２き裂１ｄｙとが合わさる位置をＰ３とした場合、Ｐ１とＰ３との間隔が、Ｐ２とＰ３との間隔よりも大きい場合に、破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率が、破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率よりも大きいものと判断することができる。
本発明者の知見によれば、破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率が大きいほど、破断面１ｂの引張残留応力が低減される。例えば、加工材１０において、破断面１ｂに占める第１部分１ｂｘの面積率は、破断面１ｂに占める第２部分１ｂｙの面積率の１．２倍以上であってもよく、１．５倍以上であってもよく、１．７倍以上であってもよく、２．０倍以上であってもよく、２．２倍以上であってもよく、２．５倍以上であってもよい。
尚、バリ１ｃは目視では確認できない大きさであってもよい。加工材１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂのうち、どちらがダレ１ａ側の面で、どちらがバリ１ｃ側の面であるかについては、仮にバリ１ｃが確認できずとも、加工材１０の形状を観察することによって容易に判別可能である。
第２切断端面１ｙにおいて、せん断面１ｅと破断面１ｂとは、その性状が異なる。例えば、せん断面１ｅと破断面１ｂとは粗さ（光沢度）が異なる。この点、外観を観察するだけでも、せん断面１ｅと破断面１ｂとを容易に判別可能である。
破断面１ｂにおいて、第１部分１ｂｘと第２部分１ｂｙとの境界（第１き裂１ｄｘと第２き裂１ｄｙとが合わさる位置）は、例えば、第２切断端面１ｙに多量の水素を導入することで判別可能である。上述した通り、き裂の進展中に生じる応力は、き裂の進展方向に依存する。すなわち、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１き裂１ｄｘと第２き裂１ｄｙとが合わさる位置で、残留応力が急変するものといえる。このため、水素の侵入によって生じる水素脆化割れの方向についても、第１き裂１ｄｘと第２き裂１ｄｙとが合わさる位置で急変する。これを考慮すると、水素脆化割れの向きが急変する位置を、第１き裂１ｄｘと第２き裂１ｄｙとが合わさる位置とみなすことができる。
加工材１０は第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとを有するものであればよく、これら切断端面以外の構成は特に限定されるものではない。加工材１０は切断端面以外の端面を有していてもよい。加工材１０の形状は、上記した鋼材５の形状と対応する。すなわち、加工材１０は、上記したような板状であっても、棒状であってもよい。また、加工材１０は、切断端面以外の面として、第１面１０ａと第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを備えていてもよく、当該第１面１０ａと当該第２面１０ｂとが、切断端面を介して連結されていてもよい。第１面１０ａと第２面１０ｂとは互いに平行であってもよい。また、加工材１０は上記したような表面処理層を有していてもよい。また、加工材１０は鋼種の異なる複数の層を含むものであってもよい。加工材１０の機械特性や化学組成についても上述した通りである。
７．加工材の性状の他の例
本開示の製造方法において、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとをともに「せん断」によって形成した場合、加工材の第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとは、以下の構成を有していてもよい。図１１に、加工材１０の第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとの各々の構成を概略的に示す。
本開示の製造方法において、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとをともに「せん断」によって形成した場合、加工材の第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとは、以下の構成を有していてもよい。図１１に、加工材１０の第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとの各々の構成を概略的に示す。
図１１に示される加工材１０は、切断端面１を有する鋼材からなる。切断端面１は、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面１ｘと、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面１ｙとを備える。第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとは連続している。第１切断端面１ｘは、第１ダレ１ｘａと第１破断面１ｘｂと第１バリ１ｘｃとを含む。第１切断端面１ｘは、さらに第１せん断面１ｘｅを有していてもよい。第２切断端面１ｙは、第２ダレ１ｙａと第２破断面１ｙｂと第２バリ１ｙｃとを含む。第２切断端面１ｙは、さらに第２せん断面１ｙｅを有していてもよい。第１破断面１ｘｂは、第１部分１ｘｂ１と第２部分１ｘｂ２とを含む。第２破断面１ｙｂは、第３部分１ｙｂ１と第４部分１ｙｂ２とを含む。第１部分１ｘｂ１は、第１ダレ１ｘａ側から第１バリ１ｘｃ側に向かって進展した第１き裂１ｘｄ１によって形成される。第２部分１ｘｂ２は、第１バリ１ｘｃ側から第１ダレ１ｘａ側に向かって進展した第２き裂１ｘｄ２によって形成される。第３部分１ｙｂ１は、第２ダレ１ｙａ側から第２バリ１ｙｃ側に向かって進展した第３き裂１ｙｄ１によって形成される。第４部分１ｙｂ２は、第２バリ１ｙｃ側から第２ダレ１ｙａ側に向かって進展した第４き裂１ｙｄ２によって形成される。第１破断面１ｘｂに占める第１部分１ｘｂ１の面積率をＸ１（％）とし、第１破断面１ｘｂに占める第２部分１ｘｂ２の面積率をＸ２（％）とし、第２破断面１ｙｂに占める第３部分１ｙｂ１の面積率をＹ１（％）とし、第２破断面１ｙｂに占める第４部分１ｙｂ２の面積率をＹ２（％）とした場合、Ｙ１がＸ１の１．１倍以上であってもよい。
また、図１１に示されるように、加工材１０においては、上記Ｙ１及びＹ２が、Ｙ２＜Ｙ１の関係を満たしていてもよい。
また、図１１に示されるように、加工材１０においては、上記Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１及びＹ２が、Ｘ１／Ｘ２＜Ｙ１／Ｙ２の関係を満たしていてもよい。
さらに、図１１に示されるように、加工材１０においては、第１切断端面１ｘと第２切断端面１ｙとの境界において、第１切断端面１ｘにおける第１部分１ｘｂ１と第２部分１ｘｂ２との境界線と、第２切断端面１ｙにおける第３部分１ｙｂ１と第４部分１ｙｂ２との境界線と、が不連続となっていてもよい。
尚、「Ｘ１」、「Ｘ２」、「Ｙ１」及び「Ｙ２」、並びに、「第１切断端面１ｘにおける第１部分１ｂｘ１と第２部分１ｂｘ２との境界線」及び「第２切断端面１ｙにおける第３部分１ｂｙ１と第４部分１ｂｙ２との境界線」については、上述したように、破断面に対して水素を導入して水素脆化割れの向きが急変する位置を特定すること等によって求めることができる。
切断に供する鋼材として、引張強さ１４７０ＭＰａ級の鋼板Ａ（板厚：１．６ｍｍ）、引張強さ１３１０ＭＰａ級の鋼板Ｂ（板厚：１．６ｍｍ）、引張強さ１１８０ＭＰａ級の鋼板Ｃ（板厚：１．６ｍｍ）、引張強さ９８０ＭＰａ級の鋼板Ｄ（板厚：１．６ｍｍ）を用意した。
１．鋼板Ａの切断及び評価
上記鋼板Ａに対して、図１２に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）とそれと連続する曲率半径の大きな部分（直線）とからなる切断端面を形成し、切断端面のうち曲率半径の大きな部分における引張残留応力を測定した。
上記鋼板Ａに対して、図１２に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）とそれと連続する曲率半径の大きな部分（直線）とからなる切断端面を形成し、切断端面のうち曲率半径の大きな部分における引張残留応力を測定した。
尚、引張残留応力は以下の通りにして測定した。図１３に引張残留応力の測定方法を示す。図１３に示されるように、板厚方向の中心位置において、スポット径φ５００μｍでＸ線による残留応力測定を実施した（板幅方向に異なる３箇所）。残留応力の測定方向は、板厚方向、板幅方向、板厚方向から４５度方向の３方向とし、残留応力の算出にはｓｉｎ２ψ法を用いた。端面法線方向の残留応力をゼロと仮定し、算出した３方向の残留応力から、最大主応力を算出した。３箇所で算出した最大主応力の値を平均した。
１．１ 実施例１
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、曲率半径の小さな部分を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分を切断して第２切断端面を形成した（図７（Ａ）～（Ｃ）参照）。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１４（Ａ）に、第２切断端面を形成する際のスクラップの傾きの様子を示す。また、図１５に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、曲率半径の小さな部分を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分を切断して第２切断端面を形成した（図７（Ａ）～（Ｃ）参照）。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１４（Ａ）に、第２切断端面を形成する際のスクラップの傾きの様子を示す。また、図１５に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
１．２ 比較例１
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分と曲率半径の大きな部分とを同時にせん断した。図１４（Ｂ）に、せん断時のスクラップの傾きの様子を示す。また、図１５に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、曲率半径が相対的に大きい部分（第２切断端面に相当する部分）における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分と曲率半径の大きな部分とを同時にせん断した。図１４（Ｂ）に、せん断時のスクラップの傾きの様子を示す。また、図１５に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、曲率半径が相対的に大きい部分（第２切断端面に相当する部分）における引張残留応力の測定結果を示す。
１．３ 評価結果
図１４（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなように、実施例は、比較例よりも、せん断時のスクラップの傾き（倒れ角）が大きく、パンチ側から優先的にき裂を進展させることができた。その結果、図１５に示されるように、比較例においては、加工材（製品）側とスクラップ側とで、第２切断端面における引張残留応力がほぼ同等に大きいのに対し、実施例においては、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。
図１４（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなように、実施例は、比較例よりも、せん断時のスクラップの傾き（倒れ角）が大きく、パンチ側から優先的にき裂を進展させることができた。その結果、図１５に示されるように、比較例においては、加工材（製品）側とスクラップ側とで、第２切断端面における引張残留応力がほぼ同等に大きいのに対し、実施例においては、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。
２．鋼板Ｂ～Ｄの切断及び評価
鋼板Ａと同様に、鋼板Ｂ～Ｄについても同様の切断加工を行い、実施例１の場合と比較例１の場合とで、第２切断端面に生じる引張残留応力を比較した。鋼板Ａに係る結果と合わせて、鋼板Ｂ～Ｄに係る結果を下記表１に示す。
鋼板Ａと同様に、鋼板Ｂ～Ｄについても同様の切断加工を行い、実施例１の場合と比較例１の場合とで、第２切断端面に生じる引張残留応力を比較した。鋼板Ａに係る結果と合わせて、鋼板Ｂ～Ｄに係る結果を下記表１に示す。
表１に示す結果から明らかなように、鋼板Ｂ～Ｄについても、実施例のように２段階でせん断を行った場合に、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。
３．曲率半径の検討
鋼板に対する切断線の形状を変化させて、せん断加工を行った。せん断加工の際は、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）とそれと連続する曲率半径の大きな部分（直線（Ｒ＝∞）、Ｒ＝１５０ｍｍ、Ｒ＝６０ｍｍ）とからなる切断端面を形成し、切断端面のうち曲率半径の大きな部分における引張残留応力を測定した。
鋼板に対する切断線の形状を変化させて、せん断加工を行った。せん断加工の際は、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）とそれと連続する曲率半径の大きな部分（直線（Ｒ＝∞）、Ｒ＝１５０ｍｍ、Ｒ＝６０ｍｍ）とからなる切断端面を形成し、切断端面のうち曲率半径の大きな部分における引張残留応力を測定した。
３．１ 実施例２
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図１６に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝∞）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１７に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図１６に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝∞）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１７に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．２ 比較例２
鋼板Ａに対して、図１６に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝∞）とを同時にせん断した。図１７に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに対して、図１６に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝∞）とを同時にせん断した。図１７に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．３ 実施例３
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図１８に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝１５０ｍｍ）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１９に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図１８に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝１５０ｍｍ）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図１９に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．４ 比較例３
鋼板Ａに対して、図１８に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝１５０ｍｍ）とを同時にせん断した。図１９に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに対して、図１８に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝１５０ｍｍ）とを同時にせん断した。図１９に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．５ 実施例４
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図２０に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝６０ｍｍ）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図２１に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに切断端面を形成するにあたって、図２０に示されるように、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）を切断して第１切断端面を形成した後で、曲率半径の大きな部分（Ｒ＝６０ｍｍ）を切断して第２切断端面を形成した。各々の切断は、パンチとダイとを用いたせん断により行った。図２１に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．６ 比較例４
鋼板Ａに対して、図２０に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝６０ｍｍ）とを同時にせん断した。図２１に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
鋼板Ａに対して、図２０に示されるような切断端面を形成するにあたって、パンチとダイとを用いて、曲率半径の小さな部分（Ｒ＝３０ｍｍ）と曲率半径の大きな部分（Ｒ＝６０ｍｍ）とを同時にせん断した。図２１に、スクラップ側と製品（加工材）側との各々について、第２切断端面における引張残留応力の測定結果を示す。
３．７ 評価結果
図１７、１９及び２１に示されるように、比較例２～４においては、加工材（製品）側とスクラップ側とで、第２切断端面における引張残留応力がほぼ同等に大きいのに対し、実施例２～４においては、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。特に、実施例２のように、第２切断端面における曲率半径が大きいほど、引張残留応力の低減効果が高いことが分かる。
図１７、１９及び２１に示されるように、比較例２～４においては、加工材（製品）側とスクラップ側とで、第２切断端面における引張残留応力がほぼ同等に大きいのに対し、実施例２～４においては、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。特に、実施例２のように、第２切断端面における曲率半径が大きいほど、引張残留応力の低減効果が高いことが分かる。
４．鋼板Ｂ～Ｄの切断及び評価
鋼板Ａと同様に、鋼板Ｂ～Ｄについても同様の切断加工を行い、実施例２～４の場合と比較例２～４の場合とで、第２切断端面に生じる引張残留応力を比較した。鋼板Ａに係る結果と合わせて、鋼板Ｂ～Ｄに係る結果を下記表２～４に示す。表２が図１６に示されるＲ＝∞の場合、表３が図１８に示されるＲ＝１５０ｍｍの場合、表４が図２０に示されるＲ＝６０ｍｍの場合である。
鋼板Ａと同様に、鋼板Ｂ～Ｄについても同様の切断加工を行い、実施例２～４の場合と比較例２～４の場合とで、第２切断端面に生じる引張残留応力を比較した。鋼板Ａに係る結果と合わせて、鋼板Ｂ～Ｄに係る結果を下記表２～４に示す。表２が図１６に示されるＲ＝∞の場合、表３が図１８に示されるＲ＝１５０ｍｍの場合、表４が図２０に示されるＲ＝６０ｍｍの場合である。
表３～５に示す結果から明らかなように、鋼板Ｂ～Ｄについても、実施例２～４のように２段階でせん断を行った場合に、加工材（製品）側の第２切断端面における引張残留応力を顕著に低減することができた。特に、実施例２のように、第２切断端面における曲率半径が大きいほど、引張残留応力の低減効果が高いことが分かる。
５．せん断端面の性状の確認
鋼板Ａについて、実施例１～４又は比較例１～４に係る条件でせん断加工を行い、加工材を得た。３％ＮａＣｌの溶液に３ｇ／ＬのＮＨ４ＳＣＮを添加し、電解液を準備した。準備した電解液に加工材を浸漬したうえで、当該加工材に対して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の条件で３時間、電解チャージを実施し、加工材の少なくともせん断端面に水素を導入した。電解チャージ後、加工材を溶液から取り出し、せん断端面の性状を観察した。多量の水素の導入によってせん断端面に水素脆化割れが確認された。図１０に示されるように、せん断端面を構成する破断面において水素脆化割れの方向が急変する部分を、「第１バリ側から進展したき裂に起因する第１部分と、第１ダレ側から進展したき裂に起因する第２部分との境界」「第２バリ側から進展したき裂に起因する第３部分と、第２ダレ側から進展したき裂に起因する第４部分との境界」とみなし、図１１に示されるような、第１破断面に占める面積率Ｘ１、Ｘ２及び第２破断面に占める面積率Ｙ１、Ｙ２を特定した。結果を下記表５に示す。
鋼板Ａについて、実施例１～４又は比較例１～４に係る条件でせん断加工を行い、加工材を得た。３％ＮａＣｌの溶液に３ｇ／ＬのＮＨ４ＳＣＮを添加し、電解液を準備した。準備した電解液に加工材を浸漬したうえで、当該加工材に対して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の条件で３時間、電解チャージを実施し、加工材の少なくともせん断端面に水素を導入した。電解チャージ後、加工材を溶液から取り出し、せん断端面の性状を観察した。多量の水素の導入によってせん断端面に水素脆化割れが確認された。図１０に示されるように、せん断端面を構成する破断面において水素脆化割れの方向が急変する部分を、「第１バリ側から進展したき裂に起因する第１部分と、第１ダレ側から進展したき裂に起因する第２部分との境界」「第２バリ側から進展したき裂に起因する第３部分と、第２ダレ側から進展したき裂に起因する第４部分との境界」とみなし、図１１に示されるような、第１破断面に占める面積率Ｘ１、Ｘ２及び第２破断面に占める面積率Ｙ１、Ｙ２を特定した。結果を下記表５に示す。
表５に示されるように、実施例に係る加工材においては、Ｙ１がＸ１に対して十分に大きいことが分かる。具体的には、Ｙ１はＸ１の１．１倍以上である。これに対し、比較例に係る加工材はＸ１とＹ１とが同等である。また、実施例に係る加工材はＹ２に対してＹ１が十分に大きくなるのに対し、比較例に係る加工材はＹ２とＹ１とが同等である。さらに、実施例に係る加工材はＸ１／Ｘ２に対してＹ１／Ｙ２が十分に大きくなるのに対し、比較例に係る加工材はＸ１／Ｘ２とＹ１／Ｙ２とが同等である。
本開示の方法により製造される加工材は、例えば、自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等の構成材料として利用可能である。
１ｘ 第１切断端面（曲率半径の小さな部分）
１ｙ 第２切断端面（曲率半径の大きな部分）
１ 切断端面
５ 鋼材
１０ 加工材
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ 鋼材の一部
１２ 鋼材の他部
１５ スクラップ
２１ 第１刃
２２ 第２刃
１ｙ 第２切断端面（曲率半径の大きな部分）
１ 切断端面
５ 鋼材
１０ 加工材
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ 鋼材の一部
１２ 鋼材の他部
１５ スクラップ
２１ 第１刃
２２ 第２刃
Claims (6)
- 鋼材を切断して加工材を製造する方法であって、
前記鋼材に対して切断加工を施し、曲率半径が相対的に小さい第１切断端面を形成すること、及び、
前記第１切断端面を形成した後、前記鋼材に対してせん断加工を施し、曲率半径が相対的に大きい第２切断端面を形成すること、ここで前記第２切断端面は前記第１切断端面と連続する、
を含み、
前記第１切断端面を形成した後において、前記第２切断端面となる切断線を介して、スクラップ側となる部分が、加工材側となる部分から片持で支えられた状態とされ、その後、前記せん断加工によって前記第２切断端面が形成される、
加工材の製造方法。 - 前記第２切断端面の曲率半径Ｒ２（ｍｍ）と、前記第１切断端面の曲率半径Ｒ１（ｍｍ）との比Ｒ２／Ｒ１が、２．０以上である、
請求項１に記載の製造方法。 - せん断加工により前記第１切断端面を形成する、
請求項１又は２に記載の製造方法。 - 前記鋼材が板状である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。 - 前記鋼材の引張強さが９８０ＭＰａ以上である、
請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。 - 前記鋼材の引張強さが１４７０ＭＰａ以上である、
請求項５に記載の製造方法。
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- 2020-08-07 JP JP2020134527A patent/JP7502621B2/ja active Active
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