KR102088985B1 - 해트 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

해트 부재(1)는, 정면부(13)와, 제1 능선(113)과, 2개의 측벽(11)을 구비한다. 2개의 측벽(11)의 중앙 경도 Dc는 300HV 이상이다. 2개의 측벽(11)의 각각은, 연화부(L)와 연화부(L)에 인접하는 강도 천이부(T)를 갖는다. 연화부(L)의 경도 Dn은, 중앙 경도 Dc보다 적어도 8% 낮다(Dc-Dn≥0.08Dc). 강도 천이부(T)는, 연화부(L)로부터 한쪽 단을 향해 0.5mm 이상의 범위에 형성된다. 강도 천이부(T)의 경도 Dt는, 중앙 경도 Dc보다 8%~1% 낮은 범위에서 천이한다(0.92Dc≤Dt≤0.99Dc). 해트 부재(1)는, 또한, 2개의 제2 능선(114)과, 2개의 플랜지(14)를 구비한다.

Description

해트 부재 및 그 제조 방법

본 발명은, 내충격성을 갖는 해트 부재에 관한 것이다.

차량의 보강용 부재로서 이용되는 구조 부재는, 고강도 및 경량화가 요구된다. 또한, 구조 부재는, 내충격성과, 충격에 의한 변형량의 억제가 요구되는 경우가 많다. 그래서, 1개의 구조 부재에, 내충격성 부위와 에너지 흡수 부위의 양쪽 모두를 구비하는 경우가 있다. 그러기 위해서, 구조 부재의 강도 분포를 부분적으로 다르게 하는 경우가 있다.

예를 들면, 국제 공개 2013/137454호(특허문헌 1)에는, 용접법을 적용하지 않아도, 단일 성형품 내에 내충격 부위와 에너지 흡수 부위에 상당하는 영역을 갖고, 각각의 영역에 따라 고강도와 신도의 밸런스를 달성할 수 있는 열간 프레스 성형품이 개시되고 있다.

또한, 일본국 특허공개 2011-173166호 공보(특허문헌 2)에는, 하나의 프레스 성형품에 있어서 고강도 부분과 저강도 부분의 분리 제작을 용이하게 하는 복합형 프레스 가공 장치가 개시되고 있다.

또한, 일본국 특허 제5894081호 공보에는, 차량용의 B필러가 개시되고 있다. 이 B필러는, 중앙 플랜지, 2개의 웹 부분, 및 2개의 사이드 플랜지를 포함하는 해트 형상의 섹션을 구비한다. 보론강의 평판으로부터 해트 형상의 섹션이 열간 성형되어, 경화된다. 해트 형상의 섹션은, 1400MPa를 넘는 파괴 강도를 갖는다. 경화 공정에 있어서, 사이드 플랜지의 일부는, 충분히 경화되지 않고, 1100MPa 미만의 파괴 강도를 갖는다.

국제 공개 2013/137454호 일본국 특허공개 2011-173166호 공보 일본국 특허 제 5894081호 공보

상기 종래 기술은, 1개의 부재 내에서 강도를 나누어 제작하는 기술이다. 그러나, 충분한 충격 흡수능을 얻기 위해서, 부재 내의 강도 분포에 대해서는, 추가적인 검토의 여지가 있다.

본원은, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 강도 분포를 갖는 해트 부재를 개시한다.

본 발명의 하나의 관점에 있어서의 해트 부재는, 정면부(頂面部)와, 상기 정면부의 양단에 있는 2개의 제1 능선과, 상기 제1 능선에 인접하는 한쪽 단으로부터, 상기 정면부와 이루는 각이 90~135°인 방향으로 다른 쪽 단까지 연장되는 2개의 측벽을 구비한다. 상기 2개의 측벽 각각의 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 중간 위치의 경도 중 낮은 쪽의 경도로 정의되는 중앙 경도 Dc는 300HV 이상이다. 상기 2개의 측벽 각각은, 연화부와, 연화부에 인접하는 강도 천이부를 갖는다. 상기 연화부는, 상기 다른 쪽 단으로부터 상기 중간 위치의 앞까지의 범위에 형성된다. 상기 연화부의 경도 Dn은, 상기 중앙 경도 Dc보다 적어도 8% 낮다(Dc-Dn≥0.08Dc). 상기 강도 천이부는, 상기 연화부에 인접하고, 상기 연화부로부터 상기 한쪽 단을 향해 0.5mm 이상의 범위이며, 상기 한쪽 단과 상기 다른 쪽 단 사이의 중간의 위치보다 다른 쪽 단측에 형성된다. 상기 강도 천이부의 경도 Dt는, 상기 중앙 경도 Dc보다 8%~1% 낮은 범위에서 천이한다(0.92Dc≤Dt≤0.99Dc). 상기 해트 부재는, 또한, 상기 2개의 측벽의 상기 다른 쪽 단에 각각 인접하는 2개의 제2 능선과, 상기 2개의 제2 능선으로부터 서로 멀어지는 방향으로 연장되고, 경도가 상기 중앙 경도보다 적어도 8% 낮은 2개의 플랜지를 구비한다.

또한, 중간 위치의 앞이란, 다른 쪽 단과 중간 위치 사이의 임의의 위치를 의미한다. 중간 위치의 앞은, 다른 쪽 단과 중간 위치를 포함하지 않는다.

본원 개시에 의하면, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 강도 분포를 갖는 해트 부재를 제공할 수 있다.

도 1a는, 본 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면도이다.
도 1b는, 도 1a에 나타내는 해트 부재(1)를 x방향으로부터 본 측면도이다.
도 2는, 측벽에 있어서의 강도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 해트 부재의 단면 형상의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 4는, 해트 부재의 단면 형상의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 5a는, 만곡한 구조 부재의 예를 나타내는 측면도이다.
도 5b는, 만곡한 구조 부재의 예를 나타내는 측면도이다.
도 5c는, 만곡한 구조 부재의 예를 나타내는 측면도이다.
도 5d는, 만곡한 구조 부재의 예를 나타내는 측면도이다.
도 6은, 차량에 배치되는 구조 부재의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 7에 나타내는 해석 모델에 있어서의 해트 부재의 메쉬를 나타내는 도면이다.
도 9는, 해석 모델의 해트 부재의 재료의 SS커브를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 시뮬레이션에서 설정한 강도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 시뮬레이션에 있어서의 해트 부재의 압궤 시의 변형 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는, 시뮬레이션 결과가 나타내는 압궤 시의 변위량과 반력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 실시예로서 제작한 성형품의 사시도이다.
도 14는, 복수의 성형품 각각의 강도 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 15a는, 프레스 성형하는 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 15b는, 프레스 성형하는 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 16a는, 프레스 성형하는 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 16b는, 프레스 성형하는 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 17은, 센터필러의 모델 부품의 상면도이다.
도 18은, 도 17에 나타내는 A-A선의 단면도이다.
도 19는, 3가지의 펀치의 속도의 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 20은, 모델 부품의 경도 분포를 나타내는 그래프이다.

예를 들면, 차체 구조에 이용되는 구조 부재는, 고강도 또한 경량인 것이 요구되고 있다. 구조 부재의 강도를 높게 하면, 인성은 저하되는 경향이 있다. 그로 인해, 고강도화된 구조 부재는, 응력 다축도가 높은 변형장에 있어서 조기에 파단하는 경향이 된다. 즉, 구조 부재의 강도가 높아지면, 충돌 시 등의 2차 변형에 있어서, 취성 파괴하기 쉬워진다. 그 결과, 강도를 더한 구조 부재가, 소망의 내충격성능을 달성할 수 없을 경우가 있다.

예를 들면, 강(鋼)의 구조 부재에서는, 열처리에 의해 인성을 높일 수 있다. 일반적으로, 구조 부재의 인성을 높이면, 강도가 저하한다. 그 결과, 구조 부재의 압궤 시의 최대 하중이 저하한다. 구조 부재의 인성을 높이면서, 최대 하중의 저하를 억제하기 위해서, 발명자들은, 여러 가지의 조건에서, 구조 부재의 부분 뜨임을 행했다. 그 결과, 어느 조건에 있어서는, 구조 부재의 인성과 압궤 시의 최대 하중의 향상을 양립할 수 있는 것을 발견했다.

그래서, 발명자들은, 더욱 상세하게 검토했다. 구체적으로는, 해트 부재의 압궤 변형 시의 최대 하중을 향상시키기 위해서, 측벽의 변형 모드에 착목했다. 측벽의 강도를 부분적으로 변화시킴으로써, 측벽의 변형 모드를 제어하는 것을 시험했다. 시행 착오의 결과, 측벽에 강도 천이부를 형성함으로써, 최대 하중을 향상시키도록 변형 모드를 제어할 수 있음을 찾아냈다. 이 지견에 기초해, 하기 실시 형태의 구조 부재에 도달했다.

본 발명의 실시 형태에 있어서의 해트 부재는, 정면부와, 상기 정면부의 양단에 있는 2개의 제1 능선과, 상기 제1 능선에 인접하는 한쪽 단으로부터, 상기 정면부와 이루는 각이 90~135°인 방향으로 다른 쪽 단까지 연장되는 2개의 측벽을 구비한다. 상기 2개의 측벽 각각의 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 중간 위치의 경도 중 낮은 쪽의 경도로 정의되는 중앙 경도 Dc는 300HV 이상이다. 상기 2개의 측벽 각각은, 연화부와, 연화부에 인접하는 강도 천이부를 갖는다. 상기 연화부는, 상기 다른 쪽 단으로부터 상기 중간 위치의 앞까지의 범위에 형성된다. 상기 연화부의 경도 Dn은, 상기 중앙 경도 Dc보다 적어도 8% 낮다(Dc-Dn≥0.08Dc). 상기 강도 천이부는, 상기 연화부에 인접하고, 상기 연화부로부터 상기 한쪽 단을 향해 0.5mm 이상의 범위이며, 상기 한쪽 단과 상기 다른 쪽 단 사이의 중간의 위치로부터 다른 쪽 단측에 형성된다. 상기 강도 천이부의 경도 Dt는, 상기 중앙 경도 Dc보다 8%~1% 낮은 범위에서 천이한다(0.92Dc≤Dt≤0.99Dc). 상기 해트 부재는, 또한, 상기 2개의 측벽의 상기 다른 쪽 단에 각각 인접하는 2개의 제2 능선과, 상기 2개의 제2 능선으로부터 서로 멀어지는 방향으로 연장되는 플랜지를 구비한다.

상기 구성에 있어서는, 2개의 측벽은, 정면부에 대해서 90~135°의 방향으로 연장된다. 즉, 각 측벽과 정면부에 수직인 방향이 이루는 각도는, 45° 이내가 된다. 각 측벽에 있어서, 플랜지와 접하는 제2 능선으로부터 정면부에 접하는 제1 능선을 향해, 측벽의 중간 위치까지의 사이에, 연화부와, 강도 천이부가 순서대로 인접해서 배치된다. 여기서, 측벽의 중간 위치의 중앙 경도를 300HV 이상으로 하여, 연화부의 경도가 중앙 경도보다 적어도 8% 낮게 설정된다. 강도 천이부의 강도는, 중앙 경도보다 8% 낮은 경도로부터 중앙 경도보다 1% 낮은 경도까지의 사이에서 천이한다. 이 강도 천이부가, 연화부로부터 한쪽 단을 향하는 방향에 있어서 0.5mm 이상의 범위에 형성된다. 즉, 강도 천이부의 제1 능선에 가까운 쪽의 단으로부터 제2 능선에 가까운 쪽의 단(즉, 연화부에 접하는 단)까지의 폭이 0.5mm 이상이다. 이와 같이, 연화부 및 강도 천이부를 형성함으로써, 정면부에 수직인 방향의 하중이 가해졌을 경우의 최대 하중이, 연화부 및 강도 천이부를 형성하지 않는 경우에 비해, 향상한다. 그로 인해, 충격 에너지를 효율적으로 흡수할 수 있는 강도 분포를 갖는 해트 부재를 제공할 수 있다.

상기 구성에 있어서는, 정면부에 수직인 방향의 하중이 가해졌을 경우의 구조 부재의 압궤 시에, 강도 천이부 부근을 우선적으로 변형시키는 변형 모드로 할 수 있다. 이때, 또한, 강도 천이부 부근에 의해 소성 변형이 좁은 범위에 지나치게 집중하지 않도록 분산된다. 즉, 강도 천이부를 형성함으로써, 변형 모드를 제어하면서, 소성 변형을 분산시키는 효과가 얻어진다. 그 결과, 압궤 시의 최대 하중이 향상한다고 추정된다.

상기 구성에 있어서, 상기 강도 천이부의 상기 제1 능선에 가까운 쪽의 단으로부터 상기 제2 능선에 가까운 쪽의 단까지의 폭은, 상기 강도 천이부의 평균 두께의 5배 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 강도 천이부에 의한 변형 모드의 제어와 소성 변형 분산의 효과를 보다 이끌어낼 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 강도 천이부의 상기 제1 능선에 가까운 쪽의 단으로부터 상기 제2 능선에 가까운 쪽의 단까지의 폭 Lt는, 1mm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3mm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 강도 천이부에 의한, 변형 모드의 제어와 소성 변형 분산의 효과의 확실성이 증가한다. 마찬가지의 관점으로부터, 상기 강도 천이부의 상기 제1 능선에 가까운 쪽의 단으로부터 상기 제2 능선에 가까운 쪽의 단까지의 폭 Lt는, 강도 천이부의 평균 두께 t의 0.5배보다 큰(Lt＞0.5t) 것이 바람직하고, 1.0 이상(Lt≥1.0t)이면 보다 바람직하고, 3.0 이상(Lt≥1.0t)이면 더욱 바람직하다.

상기 구성에 있어서, 강도 천이부에 있어서의 다른 쪽 단으로부터 한쪽 단을 향하는 방향의 경도의 변화율은, 3~100HV/mm로 하는 것이 바람직하다. 경도의 변화율이 100HV/mm를 넘으면 강도 천이부에 변형이 집중해서 파단되기 쉬워지고, 경도의 변화율이 3HV/mm보다 작으면 강도 천이부에 충분하게 변형이 들어가지 않기 때문이다.

상기 2개의 측벽의 각각에 있어서, 연화부 및 강도 천이부 이외에 부분이며 중간 위치를 포함하는 부분의 경도는, 중앙 경도와 같은 경도로 해도 된다. 즉, 2개의 측벽의 각각에 있어서, 연화부 및 강도 천이부 이외의 부분이며, 상기 중간 위치를 포함하는 부분을, 경도가 300HV 이상인 고강도부로 해도 된다. 또는, 중간 위치와 제1 능선 사이에, 중앙 경도보다 적어도 8% 낮은 경도의 연화부가 형성되어도 된다.

2개의 플랜지의 경도는, 상기 중앙 경도보다 적어도 8% 낮아도 된다. 예를 들면, 연화부는, 플랜지로부터 제2 능선을 통과하고, 및 측벽의 중간 위치의 앞에 도달할 때까지의 영역에 형성되어도 된다. 이 경우, 연화부가 플랜지 전체에 형성되어도 되고, 플랜지의 일부에 형성되어도 된다.

상기 해트 부재와, 상기 해트 부재의 플랜지에 접합되는 클로징 플레이트를 구비하는 폐단면 구조의 구조 부재도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다.

상기 해트 부재는, 상기 정면부측으로 볼록해지도록 만곡해도 된다. 또한, 상기 해트 부재를 포함하는 차체 구조, 센터필러(B필러) 및 그 리인포스먼트 또는 범퍼 및 그 리인포스먼트도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다.

본 발명에 있어서, HV는, 비커스 경도의 단위이다. 본 발명에 있어서의 해트 부재의 경도는, 일본공업규격의 Z2244의 시험 방법으로 측정되는 비커스 경도로 한다. 또한, 비커스 경도는, 인장 강도 또는 항복 강도로 변환할 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 경도는, 비커스 경도를 의미하는 것으로 한다.

상기 해트 부재의 제조 방법도, 본 발명의 실시 형태의 하나이다. 본 발명의 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 제조 방법은, 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 상기 해트 부재를 제조하는 방법이다. 이 제조 방법에서는, 상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지한다. 상기 다이의 다이 숄더에 접촉하는 상기 블랭크의 온도가 600℃ 이상 800℃ 이하일 때, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면(페이스면)을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형한다. 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치에 접촉하는 상기 블랭크의 온도가 300℃ 이상 700℃ 이하일 때, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 한다.

예를 들면, 블랭크의 온도가 600~800℃일 때에 다이 숄더와 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 하고, 그 후, 다이와 펀치와의 상대 속도를 낮춰, 블랭크의 온도가 내려가 300~700℃가 되었을 때에 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 펀치의 누름면을 엇갈리게 할 수 있다. 또는, 블랭크의 온도가 600~800℃일 때에 다이 숄더와 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 하고, 그 후, 펀치와 다이를 멀리해 두고, 다시, 다이 숄더와 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 하고, 블랭크의 온도가 내려가 300~700℃가 되었을 때에 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 펀치의 판 누름면을 엇갈리도록 할 수 있다.

블랭크는, 판재 즉 소판이라고도 칭한다. 블랭크는, 예를 들면, 강재이다. 상기 제조 방법은, 블랭크를 900℃ 이상으로 가열해 1분 이상 균열 유지하는 공정과, 상기 제1 능선의 성형 개시 온도가 600℃ 이상 800℃ 이하에서 상기 제1 능선을 성형하는 공정과, 상기 제2 능선의 성형 개시 온도가 300℃ 이상 700℃ 이하에서 성형하는 공정을 갖는다. 이에 의해, 상기 연화부 및 상기 강도 천이부를 포함하는 2개의 상기 세로벽을 갖는 해트 부재를 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 상기 제조 방법에 있어서는, 펀치와 다이 사이에 판형상의 블랭크를 배치한 상태로, 다이에 대해서 펀치를 가까이 하는 방향으로 이동시킨다. 다이는, 오목부를 갖는다. 펀치는, 다이의 오목부의 밖과 안 사이를 왕복 운동한다. 이 구성에 있어서, 다이의 오목부 내의 성형 하사점(下死點)에 있어서의 펀치의 판 누름면의 위치로부터 다이의 오목부의 가장자리, 즉 다이 숄더까지의 펀치의 스트로크 방향에 있어서의 거리를 다이의 세로벽의 높이로 한다. 펀치의 판 누름면은, 펀치의 면 중 성형 하사점 시에 스트로크 방향으로 가장 돌출한 위치에 있는 면으로 한다. 다이의 판 누름면은, 다이의 면 중 성형 하사점 시에 스트로크 방향으로 가장 돌출한 위치에 있는 면으로 한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 제조 방법은, 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 상기 해트 부재를 제조하는 방법이다. 이 제조 방법에서는, 상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지한다. 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 제2 능선을 성형한다.

상기 제조 방법에 있어서, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 미만으로 하는 것이 바람직하다.

이 경우, 다이 숄더 높이의 절반의 위치로부터 성형 하사점까지의 사이의 적어도 일부에 있어서, 펀치의 속도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 성형되는 해트 부재의 세로벽의 중앙 위치로부터 다른 쪽 단까지의 사이에 경도차를 발생시킬 수 있다. 그로 인해, 강도 천이부 및 연화부를 갖는 해트 부재를, 효율적으로 제조할 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 능선의 성형 속도 V1과, 성형 하사점으로부터 상기 해트 부재 높이의 1/2의 위치로부터 성형 하사점까지의 평균 성형 속도 V2가 이하의 관계식 (1)을 만족하도록 성형되어도 된다.

V2/V1＜0.05 (1)

또한, 다이 숄더의 세로벽의 높이는, 제조되는 해트 부재의 세로벽의 높이에 상당한다. 그로 인해, 다이 숄더의 세로벽 높이 절반의 위치는, 해트 부재의 세로벽의 중앙 위치에 상당한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 제조 방법은, 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 상기 해트 부재를 제조하는 방법이다. 이 제조 방법에서는, 상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지한다. 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면(페이스면)을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 제2 능선을 성형한다.

이 제조 방법에 있어서, 상기 다이의 판 누름면에 대향하는 위치에 있는 상기 펀치의 면, 또는 상기 다이의 판 누름면에 열 전도율 0.3(W/m·K) 이하의 단열재를 설치해도 된다. 이 경우, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 상기 블랭크를 상기 단열재에 접촉시켜도 된다. 또한, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 이상 2분의 1 이하로 해도 된다.

이 경우, 다이 숄더 높이의 절반의 위치로부터 성형 하사점까지의 사이의 적어도 일부에 있어서, 블랭크에 단열재를 접촉시키고, 또한 펀치의 속도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 성형되는 해트 부재의 세로벽의 중앙 위치로부터 다른 쪽 단까지의 사이에 경도차를 발생시킬 수 있다. 그로 인해, 강도 천이부 및 연화부를 갖는 해트 부재를, 효율적으로 제조할 수 있다.

예를 들면, 상기 다이 또는 상기 펀치의 판 누름면(페이스면)에 있어서, 프레스 성형 중의 블랭크와 접촉하는 접촉부를, 열 전도율 0.3(W/m·K) 이하의 단열재로 구성해도 된다. 이 경우, 상기 성형 속도 V1과 상기 평균 성형 속도 V2가, 하기 식 (2)를 만족하도록 성형해도 된다.

0.05≤V2/V1≤0.5 (2)

본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 제조 방법은, 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 상기 해트 부재를 제조하는 방법이다. 이 제조 방법에서는, 상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지한다. 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면(페이스면)을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 제2 능선을 성형한다.

상기 제조 방법에 있어서, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 상기 블랭크는, 상기 다이의 판 누름면에 대향하는 위치에 있는 300℃ 이상의 상기 펀치의 면, 또는, 300℃ 이상의 상기 다이의 판 누름면에 접촉시켜도 된다. 이 경우, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 이상 2분의 1 이하로 해도 된다.

이 경우, 다이 숄더 높이의 절반의 위치로부터 성형 하사점까지의 사이의 적어도 일부에 있어서, 블랭크에 300℃ 이상의 판 누름면을 접촉시키고, 또한 펀치의 속도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 성형되는 해트 부재의 세로벽의 중앙 위치로부터 다른 쪽 단까지의 사이에 경도차를 발생시킬 수 있다. 그로 인해, 강도 천이부 및 연화부를 갖는 해트 부재를, 효율적으로 제조할 수 있다.

예를 들면, 상기 펀치 또는 다이의 판 누름면에 있어서 프레스 성형 중의 블랭크와 접촉하는 접촉부를 300℃ 이상으로 가열해도 된다. 이 경우, 상기 성형 속도 V1과 상기 평균 성형 속도 V2가 상기 식 (2)를 만족하도록 성형해도 된다.

[실시 형태]

도 1a는, 본 실시 형태에 있어서의 해트 부재의 길이 방향에 수직인 단면도이다. 도 1b는, 도 1a에 나타내는 해트 부재(1)를 길이 방향에 수직 또한 정면부에 평행한 방향(x방향)으로부터 본 측면도이다. 도 1a는, 도 1b의 A-A선에 있어서의 해트 부재(1)의 단면을 나타낸다.

해트 부재(1)는, 정면부(13)와, 정면부(13)의 양단에 있는 2개의 제1 능선(113)과, 2개의 제1 능선(113)으로부터 각각 연장되는 2개의 측벽(11)과, 2개의 측벽(11)의 정면부(13)와는 반대측의 단부에 있는 2개의 제2 능선(114)과, 2개의 제2 능선(114)으로부터 서로 멀어지도록 연장되는 2개의 플랜지(14)를 구비한다.

정면부(13)와 측벽(11)이 이루는 각(θ)은, 90°≤θ≤135°이다. 측벽(11)의 한쪽 단은, 제1 능선(113)에 인접한다. 측벽(11)의 다른 쪽 단은, 제2 능선(114)에 인접한다. 제1 능선(113) 및 제2 능선(114)은, 모두 해트 부재(1)의 길이 방향으로 연장된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제1 능선(113) 및 제2 능선(114)은 서로 평행하지만, 이들은 서로 평행하지 않아도 된다.

2개의 측벽(11)의 각각과 정면부(13)의 경계 부분에는, 만곡부(R)(5)가 형성되고 있다. 즉, 측벽(11)의 한쪽 단을 포함하는 단부는, 둥글게 만곡한 형상으로 되고 있다. 이에 의해, 측벽(11)과 정면부(13)의 경계에 있어서의 해트 부재의 숄더부의 표면은, 곡면이 된다. 이 만곡부(R)(5)는, 측벽(11)의 일부인 것으로서, 측벽(11)의, 정면부(13)에 수직인 방향에 있어서의 높이(H)가 결정된다. 즉, 만곡부(R)(5)의 정면부(13) 측의 단의 R경계(R접선)(5b)를, 측벽(11)의 한쪽 단으로 한다. 제1 능선(113)은, 측벽(11)의 한쪽 단, 즉 R경계(5b)에 인접한다.

2개의 측벽(11) 각각과, 2개의 플랜지(14) 각각의 경계 부분에는, 만곡부(R)(6)가 형성되고 있다. 즉, 측벽(11)의 다른 쪽 단을 포함하는 단부는, 둥글게 만곡한 형상으로 되고 있다. 이에 의해, 측벽(11)과 플랜지(14)의 경계에 있어서의 해트 부재의 숄더부의 표면은, 곡면이 된다. 이 만곡부(R)(6)는, 측벽(11)의 일부인 것으로서, 측벽(11)의, 정면부(13)에 수직인 방향에 있어서의 높이(H)가 결정된다. 즉, 만곡부(R)(6)의 플랜지(14) 측의 단의 R경계(R접선)(6b)를, 측벽(11)의 다른 쪽 단으로 한다. 제2 능선(114)은, 측벽(11)의 다른 쪽 단에 인접한다.

정면부(13)에 수직인 방향(z방향)에 있어서의 2개의 측벽(11) 각각의 중간 위치(11c)의 경도 중 낮은 쪽의 경도로 정의되는 중앙 경도 Dc는, 300HV 이상이다. 즉, 2개의 측벽(11)의 중간 위치(11c)에 있어서의 경도는, 300HV 이상이다.

2개의 측벽(11) 각각에는, 연화부(L)와, 강도 천이부(T)가 형성된다. 연화부(L)는, 측벽(11)의 다른 쪽 단(R경계(6b))으로부터 중간 위치(11c)의 앞까지의 범위에 형성된다. 도 1a에 나타내는 예에서는, 연화부(L)는, 만곡부(6) 및 플랜지(14)에도 형성되고 있다. 연화부(L)의 경도 Dn은, 중앙 경도 Dc보다 적어도 8% 낮다(Dc-Dn≥0.08Dc).

강도 천이부(T)는, 연화부(L)에 인접한다. 강도 천이부(T)는, 연화부(L)로부터 측벽(11)의 한쪽 단(R경계(5b))을 향해 0.5mm 이상의 범위이며, 측벽(11)의 한쪽 단(5b)과 다른 쪽 단(6b) 사이의 중간 위치(11c)로부터 다른 쪽 단(6b)측에 형성된다. 구체적으로는, 강도 천이부(T)의 제1 능선(113)에 가까운 쪽의 단(Tu)과, 제2 능선(114)에 가까운 쪽의 단(Td) 사이의 폭(Lt)이 0.5mm 이상이 된다. 이들 강도 천이부의 제1 능선(113)에 가까운 쪽의 단(Tu)과, 제2 능선(114)에 가까운 쪽의 단(Td)은, 모두, 측벽의 중간 위치(11c)와 다른 쪽 단(6b) 사이에 위치한다.

강도 천이부(T)의 경도는, 중앙 경도보다 8%~1% 낮은 범위가 된다. 즉, 강도 천이부(T)의 경도는, 중앙 경도보다 8% 낮은 경도로부터, 중앙 경도보다 1% 낮은 것까지의 사이에서 천이한다.

이러한 연화부(L) 및 강도 천이부(T)를 형성함으로써, 정면부(13)에 수직인 방향(z방향)의 하중이 가해졌을 경우의 최대 하중을, 연화부 및 강도 천이부를 형성하지 않는 경우에 비해 향상시킬 수 있다. 또한, 도 1b에 나타내는 예에서는, 강도 천이부(T)의 정면부(13)에 수직인 방향(z방향)에 있어서의 폭은, 해트 부재의 길이 방향(y방향)에 있어서 일정하다. 이것에 한정하지 않고, 강도 천이부(T)의 정면부(13)에 수직인 방향(z방향)에 있어서의 폭은, 해트 부재의 길이 방향(y방향)에 있어서 변화하고 있어도 된다. 그 경우, 상기 강도 천이부(T)의 단(Tu)과, 단(Td) 사이의 폭(Lt)은, 해트 부재(1)의 상기 강도 천이부가 존재하는 부분의 길이 방향(y방향)에 있어서의 평균값으로 한다.

또한, 도 1b에 나타내는 예에서는, 강도 천이부(T)는, 해트 부재(1)의 길이 방향(y방향)의 전체에 걸쳐서 형성되고 있지만, 길이 방향의 일부에 강도 천이부(T)가 형성되어도 된다. 그 경우, 예를 들면, 강도 천이부(T)의 길이 방향의 치수는, 측벽의 높이(H) 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 최대 하중을 향상시키는 효과의 확실성을 높일 수 있다.

해트 부재(1)의 길이 방향에 있어서의 강도 천이부(T)의 배치 범위는, 특별히 한정되지 않지만, 이하에 배치예를 설명한다. 해트 부재(1)의 길이 방향에 있어서의 중앙을 포함하는 영역에 강도 천이부(T)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정면부에 수직인 방향의 충격 하중에 의한 국소 변형이 상정되는 부분에, 강도 천이부(T)를 배치할 수 있다. 또한, 해트 부재(1)는, 길이 방향으로 이격한 2개의 지지부에서, 다른 부재에 지지되는 경우가 있다. 해트 부재(1)의 2개의 지지부의 길이 방향 중앙을 포함하는 영역에, 강도 천이부(T)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정면부에 수직인 방향의 충격 하중에 의한 국소 변형이 상정되는 부분에, 강도 천이부(T)를 배치할 수 있다.

또한, 해트 부재(1)는, 길이 방향에 있어서, 정면부(13)측으로 볼록해지도록 만곡하고 있어도 된다. 이 경우, 정면부(13)가 위가 되도록 해트 부재(1)를 수평면에 두었을 때에, 정면부(13)가 가장 높아지고 있는 부분의 측벽(11)에, 강도 천이부(T)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정면부에 대한 정면부에 수직인 방향의 충격 하중에 의한 국소 변형이 상정되는 부분에, 강도 천이부(T)를 배치할 수 있다. 혹은, 해트 부재(1)의 한 쌍의 플랜지(14)에 클로징 플레이트가 접합되어도 된다. 이 구성에 있어서, 해트 부재(1)는, 길이 방향에 있어서, 클로징 플레이트 측으로 볼록해지도록 만곡하고 있어도 된다. 이 경우, 클로징 플레이트가 위가 되도록 해트 부재(1)를 수평면에 두었을 때에, 클로징 플레이트가 가장 높아지고 있는 부분의 측벽(11)에, 강도 천이부(T)를 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 클로징 플레이트에 대한 클로징 플레이트에 수직인 방향의 충격 하중에 의한 국소 변형이 상정되는 부분에, 강도 천이부(T)를 배치할 수 있다.

일례로서, 해트 부재(1)가, 범퍼 리인포스, 또는, 센터필러(B필러)로서 이용되는 경우는, 범퍼 리인포스 또는 센터필러의 길이 방향의 중앙을 포함하는 영역에 강도 천이부(T)를 배치해도 된다.

또한, 연화부(L)는, 해트 부재(1)의 길이 방향(y방향)의 전체에 걸쳐서 형성되어도 되고, 길이 방향의 일부에 형성되어도 된다. 예를 들면, 연화부(L)의 길이 방향의 치수는, 측벽의 높이(H) 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 최대 하중을 향상시키는 효과의 확실성을 높일 수 있다.

해트 부재(1)의 길이 방향에 있어서의 연화부(L)의 배치 범위는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 해트 부재(1)의 길이 방향에 있어서, 강도 천이부(T)와 겹치는 위치에 연화부(L)를 배치해도 된다.

도 2는, 측벽(11)에 있어서의 강도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타내는 예에서는, 측벽(11)의 중간 위치(11c)에 있어서의 경도인 중앙 경도(Dc)는, 300HV 이상이다(Dc≥300HV). 연화부(L)의 경도(Dn)와 측벽(11)의 중앙 경도(Dc)의 차(ΔD3)는, 0.08Dc 이상이다(ΔD3=Dc-Dn≥0.08Dc). 즉, 연화부(L)의 최대 경도는, 0.92Dc이다. 도 2에 나타내는 예에서는, 플랜지(14) 및 만곡부(6)도 연화부(L)에 포함된다. 또한, 연화부(L)의 일부에 있어서, 재료 특성에 영향을 미치지 않을 정도로, 경도가 0.92Dc를 초과하는 영역이 포함되어 있어도 된다.

제2 능선(114)으로부터 측벽(11)의 중간 위치(11c) 사이에 있어서, 측벽(11)의 경도는, 제2 능선(114)으로부터 중간 위치(11c)에 접근할수록, 높아지고 있다.

연화부(L)와 측벽(11)의 중간 위치(11c) 사이에, 강도 천이부(T)가 있다. 강도 천이부(T)의 경도 Dt는, 연화부(L)로부터 중간 위치(11c)를 향해, Dd로부터 Du까지 천이한다. 즉, 강도 천이부(T)의 경도 Dt는, Dd≤Dt≤Du의 범위에서 천이 한다. 경도(Dd)는, 중앙 경도(Dc)보다 0.08Dc 낮다. 즉, 강도 천이부(T)의 최소의 경도(Dd)와 중앙 경도(Dc)의 차(ΔD2)는, 0.08Dc이다(ΔD2=Dc-Dd=0.08Dc). 강도 천이부(T)의 최대의 경도(Du)는, 중앙 경도(Dc)보다 5HV 낮다. 즉, 경도(Du)와 중앙 경도(Dc)의 차(ΔD1)는, 0.01Dc이다(ΔD1=Dc-Du=0.01Dc).

도 2에 나타내는 예에서는, 측벽(11)에 있어서, 중앙 경도 Dc보다 8% 낮은 경도의 위치가, 연화부(L)와 강도 천이부(T)의 경계 즉 강도 천이부(T)의 제2 능선(114)에 가까운 쪽의 단(Td)이 된다. 또한, 측벽(11)에 있어서, 중앙 경도(Dc)보다 1% 낮은 경도의 위치가, 강도 천이부(T)와, 중간 위치(11c)를 포함하는 영역(비연화부)의 경계 즉 강도 천이부(T)의 제1 능선(113)에 가까운 쪽의 단(Tu)이 된다.

도 2에 나타내는 예에서는, 강도 천이부(T)의 경도는, 중간 위치(11c)에 접근할수록 높아진다. 즉, 강도 천이부(T)의 경도는, 연화부(L)로부터 중간 위치(11c)를 향해, 단조 증가하고 있다. 또한, 강도 천이부(T)에 있어서의 경도의 천이는, 강도 천이부(T) 전체적으로 단조 증가하는 경향이면 된다. 강도 천이부(T)의 일부에, 중간 위치(11c)에 접근할수록, 경도가 낮아지는 영역이나, 위치에 의한 경도 변화가 없는 영역 즉 경도가 일정한 영역이 포함되어도 된다.

강도 천이부(T)의 제2 능선(114)에 가까운 쪽의 단(Td)으로부터 제1 능선(113)에 가까운 쪽의 단(Tu)까지의 측벽(11)의 폭(Lt)은, 0.5mm 이상이다(Lt≥0.5mm). 이에 의해, 정면부(13)에 수직인 하중이 가해졌을 경우에, 강도 천이부(T)에 변형이 지나치게 집중하지 않도록 할 수 있다. 또한, 폭(Lt)은, 예를 들면, 강도 천이부(T)의 평균 두께 t의 5배 이하(Lt≤5t)로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정면부(13)에 수직인 하중이 가해졌을 경우에, 강도 천이부에 변형을 집중시켜서, 바람직한 변형 모드를 얻을 수 있다. 또한, 폭(Lt)은, 정면부(13)에 수직인 방향의 선을 측벽(11)의 표면에 투영한 선에 있어서의 강도 천이부(T)의 양단(Tu, Td)의 사이의 거리로 한다.

강도 천이부에 있어서의 경도의 변화율 (Du-Dd)/Lt는, 예를 들면, 3~100HV/mm로 하는 것이 바람직하다(3[HV/mm]≤(Du-Dd)/Lt≤100[HV/mm]). 경도의 변화율이 100HV/mm를 넘으면 강도 천이부에 변형이 집중해서 파단하기 쉬워지고, 경도의 변화율이 3HV/mm보다 작으면, 강도 천이부에 충분하게 변형이 들어가지 않기 때문이다.

도 2에 나타내는 예에서는, 측벽(11)의 중간 위치(11c)와 제1 능선(113) 사이에는, 경도가 300HV 이상인 고강도부가 되고 있다. 이에 대해, 제1 능선(113)으로부터 측벽(11)의 중간 위치(11c)를 향해, 중간 위치(11c)의 앞까지의 범위에, 경도가 중앙 경도보다 8% 이상 낮은 제2 연화부가 형성되어도 된다.

또한, 플랜지(14)의 강도와 강도의 분포에 대해서는, 특별히 제한되지 않는다. 왜냐하면, 플랜지(14)의 강도는 해트 부재(1)의 성능에 특별히 큰 영향을 미치지 않기 때문이다.

도 3은, 상기 해트 부재(1)의 단면 형상의 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 3에 나타내는 해트 부재(1)는, 형상이 다른 2개의 측벽(11)을 갖는다. 2개의 측벽(11)은, 정면부(13)에 대한 각도(θ1, θ2), 및, 높이(HR, HL)가 서로 다르다. 그로 인해, 2개의 플랜지(14)의 높이 방향에 있어서의 위치가 다르다. 이와 같이, 해트 부재(1)의 단면이 좌우 비대칭인 경우, 2개의 측벽(11) 각각의 높이(H1, H2)는, 따로 정의된다.

도 3에 나타내는 예에서는, 2개의 측벽(11, 12) 중 한쪽의 측벽(11)은, 단차를 갖는다. 이와 같이, 측벽(11)에 단차가 있는 경우도, 제1 능선(113)에 접하는 한쪽 단으로부터, 제2 능선(114)에 접하는 다른 쪽 단까지의 높이 방향의 치수를, 측벽(11)의 높이(H1)로 한다. 즉, 높이 방향에 있어서, 측벽(11)의 가장 낮은 위치로부터 가장 높은 위치까지의 치수를, 측벽(11)의 높이(H1)로 한다. 측벽(11)에, 요철 또는 구멍이 있는 경우도 마찬가지이다. 또한, 높이 방향은, 정면부(13)에 수직인 방향이다.

또한, 도시되지 않지만, 정면부(13), 측벽(11), 및 플랜지(14) 중 적어도 1개의 표면은, 평면이 아닌 곡면으로 해도 된다. 즉, 정면부(13), 측벽(11), 및 플랜지(14) 중 적어도 1개는, 만곡하고 있어도 된다.

도 4는, 상기 해트 부재(1)의 단면 형상의 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 해트 부재(1)는, 정면부(13)가, 양단의 경사부(13a, 13c)와, 경사부(13a, 13c)의 사이의 중앙부(13b)를 포함한다. 경사부(13a, 13c)는, 각각, 제1 능선(113)에 접하고, 경사면을 갖는다. 경사부(13a, 13c)의 경사면은, 정면부(13)의 내측으로 갈수록, 낮아지도록 경사하고 있다. 즉, 정면부(13)는, 오목부를 갖는다. 이러한 경우, 정면부(13)의 중앙부(13b)에 수직인 방향을, 정면부(13)에 수직인 방향으로 해서, 측벽(11)의 높이(H1, H2)가 정의된다. 또한, 정면부(13)의 중앙부(13b)의 면과 측벽(11)의 각도를, 정면부(13)와 측벽(11)이 이루는 각도로 한다. 또한, 도 4에 나타내는 예에서는, 정면부(13)와 측벽(11) 사이의 만곡부(5)는, 약간 외측으로 부풀어 있다.

도 1a 및 도 1b에 나타내는 예에서는, 해트 부재(1)는, 길이 방향으로 직선형상으로 연장되어 형성된다. 이것에 대해, 해트 부재(1)는, 만곡하고 있어도 된다. 예를 들면, 해트 부재(1)는, 정면부(13)측으로 볼록해지도록 만곡한 형상으로 해도 된다. 즉, 정면부(13)의 외면이 볼록해지도록 해트 부재(10)를 만곡해도 된다.

도 5a~도 5d는, 길이 방향에 있어서 만곡한 해트 부재(1)의 예를 나타내는 측면도이다. 도 5a~도 5d에 나타내는 예에서는, 해트 부재(1)는, 정면부(13)측으로 볼록해지도록 만곡하고 있다. 도 5a에서는, 해트 부재(1)는, 길이 방향 전체에 걸쳐서 일정한 곡률로 만곡하고 있다. 도 5b 및 도 5c에서는, 해트 부재(1)의 폐단면 구조재의 길이 방향(제1 양선의 연장 방향)의 위치에 따라 곡률이 변화하고 있다. 도 5d에서는, 해트 부재(1)는, 길이 방향의 일부에 있어서 만곡하고 있다. 도 5a 및 도 5d에 나타내는 예에서는, 해트 부재(1)는, 측벽(11)에 수직인 방향(x방향)으로부터 보아 좌우 대칭이 되도록 만곡하고 있다. 도 5b, 도 5c, 및 도 5d의 해트 부재(1)는, 만곡하고 있는 부분(만곡부)과, 직선 상으로 연장되는 부분(직선부)을 갖는다. 도 5c에 나타내는 예에서는, 직선부의 길이 방향 양측에 만곡부가 배치된다. 즉, 만곡부의 사이에 직선부가 배치된다. 도 5d에 나타내는 예에서는, 만곡부의 길이 방향 양측에 직선부가 배치된다.

이와 같이, 해트 부재(1)를 만곡시킴으로써, 만곡의 볼록 방향으로 대향하는 방향의 충격에 대한 내충격성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 만곡한 해트 부재(1)에 클로징 플레이트를 접합한 구조 부재의 양단부를 지지해서 이루어지는 구조 부재는, 만곡의 볼록 방향으로 대향하는 방향의 충격에 대해, 높은 내충격성을 갖는다. 또한, 정면부(13)가 오목한 상태가 되도록, 해트 부재(1)를 만곡해도 된다.

[차량으로의 적용예]

상기 해트 부재(1)의 플랜지(14)에 클로징 플레이트를 접합한 구조 부재는, 예를 들면, 차량용 구조 부재로서 이용되어도 된다. 이 경우, 구조 부재를, 길이 방향으로 이격한 2개의 연결부로 지지한 상태로 차량에 부착되는 경우가 있다. 해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재는, 예를 들면, 차체, 범퍼 또는 차량 도어의 구조 부재로서 사용된다. 그로 인해, 해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재를 구비하는 차체, 범퍼 또는 차량 도어도, 본 발명의 실시 형태에 포함된다.

해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재를 차량에 부착하는 경우, 구조 부재의 길이 방향이 차량의 외형을 따르도록 구조 부재를 배치하는 경우가 많다. 즉, 차량이 충돌했을 경우의 충격이 구조 부재의 길이 방향에 수직인 방향이 되도록, 구조 부재가 차량에 부착되는 경우가 많다. 또한, 정면부(13)가 차량의 외측에, 클로징 플레이트가 차량의 내측에 배치되도록, 구조 부재가 차량에 부착되는 경우가 있다. 이에 의해, 구조 부재에 차량의 외측으로부터 충격을 받았을 경우에, 구조 부재가 차량의 내측으로 돌출하는 정도가 작아진다. 반대로 클로징 플레이트가 차량의 외측에 배치되는 경우도 있다. 클로징 플레이트가 차량의 외측에 배치되었을 경우도, 구조 부재에 차량의 외측으로부터 충격을 받았을 경우에, 구조 부재가 차량의 내측으로 돌출하는 정도가 작아진다.

해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재는, 상기와 같이, 만곡하고 있어도 된다. 이 경우, 구조 부재는, 차량의 외측을 향해 볼록해지도록 차량에 부착된다. 이에 의해, 차량의 외측으로부터 충격을 받았을 경우에, 구조 부재를 보다 꺽이기 어렵게 할 수 있다.

해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재는, 차체, 범퍼 또는 차량 도어의 일부를 구성하는 구조 부재로 할 수 있다. 예를 들면, A필러, B필러, 사이드 실, 로커, 루프 레일, 플로어 멤버, 프론트 사이드 멤버라고 하는 차체를 구성하는 부재에 해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재를 이용할 수 있다. 혹은, 도어 임펙트 빔이나 범퍼 리인포스먼트라고 한 차체에 부착되어, 외부로부터의 충격으로부터 차량 내의 장치나 승차자를 지키는 부재에 해트 부재(1)를 포함하는 구조 부재를 이용할 수도 있다.

도 6은, 모노코크 구조의 차량에 배치되는 구조 부재의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 예에서는, A필러(15), B필러(16), 로커(17), 루프 레일(18), 범퍼 리인포스먼트(19), 프런트 사이드 멤버(20), 도어 임펙트 빔(21), 플로어 멤버(22), 및, 리어 사이드 멤버(23)가 차량용 구조 부재로서 이용된다. 이들의 차량용 구조 부재 중 적어도 1개를, 상기 해트 부재를 포함하는 구조 부재로 구성할 수 있다.

[제조 공정]

해트 부재(1)는, 전체를 동일 소재로 형성해도 된다. 해트 부재(1)는, 예를 들면, 강판으로 형성된다. 해트 부재(10)의 제조 공정에는, 연화부(L) 및 강도 천이부(T)를 갖는 해트 부재(1)를 제작하는 공정이 포함된다. 해트 부재(1)의 제작 공정에서는, 소재에 강도 차를 부여하여, 저강도 영역을 형성하는 공정이 포함된다. 또한, 해트 부재(1)를 만곡시키는 공정이 제조 공정에 포함되어도 된다. 해트 부재(1)를 만곡시킬 경우는, 예를 들면, 프레스 굽힘, 인장 굽힘, 압축 굽힘, 롤 굽힘, 압통(押通) 굽힘, 또는, 편심 플러그 굽힘 등의 굽힘 가공 방법이 이용된다.

해트 부재(1)의 제조 공정에는, 소재에 연화부 및 강도 천이부를 형성하는 공정이 포함된다. 연화부 및 강도 천이부를 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 롤포밍에 의해 강판을 단면 해트 금형에 변형 가공하고, 레이저 또는 고주파 가열 등의 방법으로, 재료를 국소적으로 가열, 담금질을 행함으로써, 경화 영역을 포함하는 해트 부재(1)를 만들어 낼 수 있다. 이 경우, 담금질을 행하지 않는 영역이, 상대적으로 강도가 낮은 연화부 및 강도 천이부가 된다. 또한, 조질 처리를 행해서 해트 부재(1)의 전체를 강화한 후에, 부분적으로 소둔 처리를 행해서 연화부 및 강도 천이부를 형성할 수도 있다.

혹은, 열간 프레스(핫 스탬핑) 기술을 이용해서 해트 부재(1)를 제작할 수도 있다. 열간 프레스의 공정에 있어서, 가열 또는 냉각의 조건을 동일 소재에 있어서 부분적으로 다르게 함으로써, 소재 중에 연화 영역 및 강도 천이 영역을 형성할 수 있다. 예를 들면, 강판을 이용해서, 강이 오스테나이트 단상역이 되는 온도(Ac3 온도) 이상으로 가열하고, 금형을 이용해서 성형을 행하면서 담금질을 행한다. 이때에, 냉각 속도에 차이를 둠으로써, 급랭부는 대체로 경질인 마루텐사이트 조직으로 하고, 완랭부는, 연질인 페라이트와 펄라이트의 혼상 조직 또는 베이나이트 조직으로 한다. 이에 의해, 완랭부를, 연화 영역 및 강도 천이 영역으로 할 수 있다. 또한, 열간 프레스에 의해 부재 전체를 마루텐사이트 조직의 고강도부로 한 후, 부분적으로 뜨임해서 연화부 및 강도 천이부를 형성해도 된다.

일례로서, 해트 부재를 제조 공정은, 강판을 성형 가공하는 공정과, 성형 가공한 강판을 담금질하는 공정과, 담금질한 해트 형상의 강판을 부분적으로 뜨임하는 공정을 포함할 수 있다.

성형 가공의 공정에서는, 예를 들면, 강판을, 적어도 1회의 Ac3점 이상의 열처리를 행하면서 프레스 성형함으로써, 정면부와, 정면부의 양단에 있는 2개의 제1 능선과 제1 능선에 인접하는 한쪽 단으로부터, 정면부와 이루는 각이 90~135°인 방향으로 다른 쪽 단까지 연장되는 2개의 측벽과, 2개의 측벽의 상기 2개의 다른 쪽 단에 인접하는 2개의 제2 능선과, 2개의 제2 능선으로부터 서로 멀어지는 방향으로 연장되는 2개의 플랜지를 갖는 해트 형상으로 성형 가공한다.

담금질 공정에서는, 정면부에 수직인 방향에 있어서의 2개의 측벽 각각의 중간 위치의 경도 중 낮은 쪽의 경도로 정의되는 중앙 경도가 300HV 이상이 되도록 성형 가공한 강판을 담금질한다.

뜨임 공정에서는, 담금질한 해트 형상 강판의 2개의 측벽에 있어서의 상기 다른 쪽 단으로부터 중간 위치의 앞까지의 범위의 연화부, 및, 연화부에 인접하고, 연화부로부터 한쪽 단을 향해 0.5mm 이상의 범위이며, 한쪽 단과 다른 쪽 단 사이의 중간의 위치로부터 다른 쪽 단 측의 강도 천이부를, 적어도 1회, 200℃ 이상으로 가열해서, 연화부의 경도를 중앙 경도보다 적어도 8% 낮게 하고, 강도 천이부의 경도를 중앙 경도보다 8%~1% 낮은 범위로 한다.

또한, 해트 부재(1)의 제조 방법은, 상기 예로 한정되지 않는다. 예를 들면, 테일러드 블랭크를 이용해서, 해트 부재(1)를 형성해도 된다. 또한, 다른 일례로서, 980MPa 이상(보다 바람직하게는, 1180MPa 이상)의 인장 강도를 갖는 고강도 강판의 해트 형상의 성형품에 대해, 큰 집광 지름의 레이저에 의한 뜨임을, 측벽의 다른 쪽 단으로부터 중간 위치의 범위에 있어서 행함으로써도, 해트 부재(1)를 얻는 것이 가능하다. 그 외 공지의 방법을 이용해서, 연화부 및 강도 천이부를 갖는 해트 부재(1)를 형성해도 된다.

실시예

[시뮬레이션]

본 실시예에서는, 해트 부재에 압자를 충돌시켰을 경우의 구조 부재의 변형을 시뮬레이션으로 해석했다. 도 7은, 시뮬레이션에 있어서의 해석 모델의 구성을 나타내는 도면이다. 본 시뮬레이션에서는, 정면부(130), 측벽(110) 및 플랜지(140)를 갖는 해트 부재(10)에, 정면부(130)에 수직인 방향으로 압축하는 힘을 가했을 때의 변형 거동을 해석했다. 해석 모델에 있어서의 해트 부재(10)의 치수 및 형상은, 도 7에 나타내는 바와 같다.

도 8은, 도 7에 나타내는 해석 모델에 있어서의 해트 부재(10)의 메쉬를 나타낸다. 도 8에 나타내는 메쉬는, 메쉬 사이즈가 0.28mm인 메쉬를 5층 겹친 구성이다. 요소 타입은, 평면 변형 요소(CPE8[8절점, 2차 요소])로 했다. 절점 수는, 6607로 하고, 요소 수는, 1940으로 했다. 해트 부재(10)의 재료의 영률은, 2.0594E＋5[N/mm＾2]로 하고, 포아송비는, 0.3[-]으로 했다. 재료의 SS 커브는, 도 9의 그래프에 나타나는 것을 이용했다. 도 9의 그래프에 있어서의 저강도재의 특성을, 연화부에 적용하고, 도 9의 그래프에 있어서의 고강도재의 특성을, 고강도부에 적용했다. 강도 천이부에는, 도 9의 그래프에 있어서의 고강도재의 특성으로부터 저강도재의 특성으로 서서히 변화하는 복수의 SS 커브를 적용해, 강도 천이부에 있어서의 재료 특성이 완만하게 천이하도록 했다.

도 7 및 도 8의 해석 모델을 이용해서, 측벽(110)의 강도 분포를 바꾸어, 시뮬레이션을 행했다. 도 10은, 시뮬레이션에서 설정한 강도 분포를 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 나타내는 2종류의 강도 분포 양식 V, P로 시뮬레이션을 행했다. 강도 분포 양식 V에서는, 측벽(110)의 중간 위치(110c)와 플랜지(140) 측의 단부 사이에 연화부(L) 및 강도 천이부(T)가 있고, 강도 천이부(T)와 정면부(130) 사이의 부분은, 고강도부이다. 강도 분포 양식 P에서는, 측벽(110)의 중간 위치(110c)와 플랜지(140) 사이와, 정면부(130)와 중간 위치(110c) 사이에, 연화부(L) 및 강도 천이부(T)가 있다. 2종류의 강도 분포 양식 V, P 각각에 있어서, 강도 천이부(T)의 폭을 바꾸어 해석을 행했다. 구체적으로는, 강도 천이부(T)의 폭을, 강도 천이부(T)의 평균 두께의 0.5배~6.0배의 사이에서 단계적으로 변화시켜서, 각 단계에서 해석을 행했다.

또한, 도 10에 나타내는 강도 양식 외에, 해트 부재(10)의 전체에 걸쳐 고강도의 균일한 강도 분포로 하는 강도 분포 양식 N, 해트 부재(10)의 전체에 걸쳐 연화시켜 균일한 강도 분포로 하는 강도 분포 양식 A, 플랜지(140)만 연화시킨 강도 분포 양식 F에 대해서도, 해석을 행했다.

도 11은, 시뮬레이션에 있어서의 해트 부재(10) 압궤 시의 변형 상태를 나타내는 도면이다. 비교예 1은, 강도 분포 양식=N(균일하게 고강도)인 경우이며, 비교예 2는, 강도 분포 양식=F(플랜지만 연화)인 경우이다. 실시예 1은, 강도 분포 양식이 V이며, 강도 천이부의 폭 Lt가, 강도 천이부의 평균 두께 t에 대해 1.0배(1.0t)이다. 실시예 4는, 강도 분포 양식이 P이며, 강도 천이부의 폭 Lt가, 강도 천이부의 평균 두께 t에 대해서 1.0배(1.0t)이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 강도 분포 양식이 V, P인 경우와, 강도 분포 양식이 N, F인 경우에서, 변형 거동 즉 부재 변형 모드가 상이하다. 그로 인해, 강도 분포 양식이 V, P인 경우, 즉, 측벽(110)에 연화부와 강도 천이부를 형성하는 경우는, 최대 하중이 커지고 있다.

도 12는, 시뮬레이션 결과가 나타내는 압궤 시의 변위량과 반력의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 비교예 1, 2 및 실시예 1, 4의 조건은, 도 11과 같다. 도 12에 나타내는 결과로부터, 측벽(110)에 연화부와 강도 천이부를 형성했을 경우의 실시예 1, 4에 있어서, 비교예 1, 2에 비해, 하중 담보량이 커져, 반력이 커지고 있다.

하기 표 1은, 시뮬레이션에 있어서의 비교예 1~7 및 실시예 1~6의 조건 및 결과를 나타내는 표이다. 표 1에 있어서, 강도 분포는, 측벽의 강도 천이부, 강도 천이부의 개시 위치, 및, 강도 천이부의 평균 두께에 대한 길이는, 시뮬레이션의 조건이다. 표 1에 있어서, 압축 시의 최대 하중, 최대 하중 스트로크, 최대 하중 시의 표층 최대 소성 변형, 굽힘 균열의 유무는, 시뮬레이션의 결과이다. 강도 분포는, 상기 강도 분포 양식 V, P, N, A, F 중 어느 하나를 나타내고 있다. 강도 천이부의 개시 위치는, 측벽의 강도 천이부에 가장 가까운 측벽의 단부로부터 강도 천이부까지의 거리를, 측벽의 길이(정면부에 수직인 선을 측벽의 표면에 투영한 선의 측벽의 한쪽 단으로부터 다른 쪽 단까지의 길이)로 나눈 값(단부로부터 강도 천이부까지의 거리/측벽의 길이)으로 나타내고 있다. 이 값이 0.5인 경우는, 측벽의 중간 위치(110c)를 나타낸다. 강도 천이부의 판두께에 대한 길이는, 강도 천이부의 길이(정면부에 수직인 선을 측벽의 표면에 투영한 선의 강도 천이부의 양단 간의 길이)를, 강도 천이부의 평균 두께로 나눈 값(강도 천이부가 길이/강도 천이부의 평균 두께)으로 나타내고 있다. 최대 하중 시의 표층 최대 소성 변형의 값이 클수록, 하중을 담보할 수 있지만, 지나치게 크면 균열이 발생한다. 굽힘 균열의 유무에 대해서는, 최대 하중 시의 표층 최대 소성 변형＞0.5인 경우에 균열로 판정하고 있다.

상기 표 1에 나타내는 결과에서는, 측벽에 강도 천이부를 형성했을 경우(강도 분포=V 또는 P인 경우)에, 강도 천이부를 형성하지 않는 경우(강도 분포=N, A, F)에 비해, 최대 하중이 커지고 있다. 또한, 강도 천이부의 길이가, 0.5보다 크고, 6.0보다 작은 경우에, 최대 하중이 커지고 있다.

[성형품]

도 13은, 실시예로서 제작한 성형품의 사시도이다. 성형 조건은, 이하와 같다. 성형용 소재로서, 담금질 후 강도가, 2.0GPa급인 HS용 강판(판두께 1.6mm)을 이용했다. 제1회째의 가열로서, 성형용 소재의 탄화물을 완전히 고용(固溶)시키기 위해, 성형용 소재를, 1050℃까지 가열해서 약 5분간 등온 유지한 후, 프레스 금형 내에 투입해서 성형 가공을 행했다. 그 후, 성형 가공한 것을, 금형에 의한 접촉 열전달을 이용해서 실온까지 냉각하여 담금질했다. 그 후, 2회째의 가열로서, 성형 가공한 것을, 약 900℃까지 가열한 후, 즉시 금형 내에 투입해서 결압(決押) 성형 가공을 행하면서 가열한 금형으로 담금질했다. 그 후, 성형 가공한 것을, 400℃까지 가열한 금형을 부분적으로 접촉시켜, 열전달을 이용해서 재료를 379℃까지 가열했다.

도 13에 나타내는 형상의 성형품으로, 강도 분포가 상이한 것을 복수 제작하여, 압축 시험을 행했다. 도 14는, 복수의 성형품 각각의 강도 분포를 설명하기 위한 도면이다. 강도 분포의 양태는, N, V, P의 3종류로 했다. 강도 분포 N은, 담금질한 채, 즉 뜨임 없음의 성형품의 강도 분포이다. 강도 분포 V는, 플랜지(14)와 플랜지(14) 측의 측벽(11)의 만곡부(다이 숄더)의 부분을 뜨임한 것이다. 측벽(11)의 플랜지(14) 측의 단으로부터 중간 위치까지의 사이에, 연화부와 강도 천이부가 형성된다. 강도 분포 P는, 플랜지(14)와, 플랜지(14) 측의 측벽(11)의 만곡부(다이 숄더)의 부분과, 측벽(11)의 정면부(13) 측의 만곡부(다이 숄더) 및 정면부(13)의 경사부를 뜨임한 것이다. 측벽(11)의 플랜지(14) 측의 단으로부터 중간 위치까지의 사이와, 측벽(11)의 정면부(13) 측의 단으로부터 중간 위치까지의 사이에, 연화부와 강도 천이부가 형성된다. 압축 시험에서는, 정면부(13)에 수직인 방향으로 성형품을 압축했다.

하기 표 2는, 성형품에 있어서의 비교예 8 및 실시예 7, 8의 조건 및 결과를 나타내는 표이다. 표 2의 각 열의 항목은, 표 1과 같다. 표 2에 나타내는 결과에 있어서, 측벽에 연화부와 강도 천이부가 형성되도록 뜨임된 성형품은, 뜨임을 하지 않는 성형품에 비해, 최대 하중이 커지고 있다.

[제조 방법의 일례]

상기 핫 스탬프 기술을 이용한 해트 부재(1)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 본 예에서는, 블랭크를 다이와 펀치의 금형으로 프레스 성형함으로써, 해트 부재(1)를 제조한다. 도 15a 및 도 15b는, 다이와 펀치를 이용해서 프레스 성형하는 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 15a 및 도 15b에 나타내는 예에서는, 금형으로서, 다이(31) 및 펀치(32)가 이용된다. 다이(31)는, 오목부를 갖는다. 오목부는 바닥부(32c)와, 세로벽(32b)을 포함한다. 세로벽(32b)은, 바닥부(32a)에 인접한다. 세로벽(32b)의 표면은, 바닥부(32c)의 표면에 대하여 기울어 있다. 펀치(32)는, 다이(31)의 오목부의 밖과 안을 왕복 운동한다. 화살표 SY는, 다이(31)의 왕복 운동의 방향 즉 스트로크 방향을 나타낸다. 도 15b는, 다이(31)와 펀치(32)가 성형 하사점에 있는 상태를 나타낸다.

도 15a 및 도 15b에 나타내는 바와 같이, 프레스 성형 시에, 판형상의 블랭크(1A)는, 다이(31)와 펀치(32) 사이에 배치된다. 다이(31)는, 펀치(32)에 가까워지는 방향으로 이동한다. 이때, 블랭크(1A)의 중앙부에 펀치(32)의 판 누름면(31a)이 접촉하여, 블랭크(1A)의 중앙부는, 다이(31)의 오목부로 밀어 넣어진다. 펀치(32)의 판 누름면(32a)과 다이 숄더(31ab)가 엇갈릴 때에, 다이 숄더(31ab)와 블랭크(1A)가 접촉해, 제1 능선의 성형이 개시된다. 도 15b에 나타내는 바와 같이, 다이(31)가 성형 하사점에 도달했을 때에는, 펀치(32)와 다이(31) 사이에 블랭크(1A)가 충전된 상태가 된다.

펀치(32)의 판 누름면(31a)은, 펀치(32)의 선단의 면이다. 즉, 펀치(32)가 성형 하사점에 있는 상태로, 스트로크 방향으로 가장 돌출한 부분의 면이, 펀치의 판 누름면(31a)이다.

열간 프레스에서는, 블랭크(1A)는, 가열된 상태로, 다이(31) 및 펀치(32)에 의해 프레스 성형된다. 블랭크(1A)의 가열은, 예를 들면, 통전 가열이어도 된다. 통전 가열은, 블랭크(1A)가, 다이(31)와 펀치(32) 사이에 배치된 상태로, 블랭크(1A)에 전극을 붙여 통전함으로써 행해진다. 혹은, 블랭크(1A)는, 가열로에서 가열되고 나서, 다이(31)와 펀치(32) 사이에 배치되어, 프레스되어도 된다.

프레스 성형 시에 있어서의 블랭크(1A)의 가열 온도 및 다이(31)와 펀치(32)의 상대 속도를 제어함으로써, 상기 연화부 및 강도 천이부를 갖는 해트 부재를 제조할 수 있다.

일례로서, 블랭크(1A)를 가열하고, 블랭크(1A)가 900℃ 이상의 균열 상태를 1분간 이상 유지한다. 그 후, 다이 숄더(31ab)에 접촉하는 블랭크(1A)의 온도가 600℃ 이상 800℃ 이하일 때, 다이 숄더(31ab)와 펀치(32)의 판 누름면(32a)을 엇갈리게 해서, 제1 능선(113)을 성형한다. 또한, 다이(31)의 세로벽(31b) 높이의 절반(W/2)의 위치에 접촉하는 블랭크(1A)의 온도가 300℃ 이상 700℃ 이하일 때, 다이 숄더(31ab)와 펀치(32)의 판 누름면(32a)을 엇갈리게 해서 제1 능선(113)을 성형하고, 다이(31)의 세로벽(31b) 높이의 절반(W/2)의 위치와 펀치(32)의 판 누름면(32a)을 엇갈리게 한다. 이에 의해, 상기 연화부(L) 및 강도 천이부(T)를 갖는 해트 부재를, 열간 프레스 성형으로 제조할 수 있다. 이 경우, 연화부(L) 및 강도 천이부(T)를 형성하기 위한 뜨임 공정이 불필요하게 된다.

또한, 도 15b에 나타내는 바와 같이, 다이(31)의 세로벽(31b)의 높이(W)는, 성형 하사점에 있어서의 펀치(32)의 판 누름면(32a)의 높이로부터 다이 숄더(31ab)의 높이까지의 스트로크 방향에 있어서의 거리로 한다.

또한, 열간 프레스 성형에 있어서, 다이(31)의 세로벽(31b) 높이의 절반(W/2)의 위치와 펀치(32)의 판 누름면(32a)이 어긋나고 나서, 펀치(32)의 판 누름면(32)이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 다이(31)와 펀치(32)의 평균 상대 속도 V2를 저하시켜도 된다. 이에 의해, 성형되는 해트 부재의 세로벽(11)의 중앙 위치(11c)와 제2 능선(114) 사이에, 연화부(L)와 강도 천이부(T)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 다이 숄더와 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 다이와 펀치의 상대 속도 V1과, 상기 평균 상대 속도 V2의 관계가 하기 식 (1)이 되도록, 펀치(32)의 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연화부(L)와 강도 천이부(T)를 보다 효율적으로 형성할 수 있다.

V2/V1＜0.05 (1)

또한, 상기 속도 제어는, 다이(31)의 판 누름면(31a) 및 이것에 대향하는 펀치(32)의 면(32b)에 단열재를 설치하지 않는 경우, 즉, 다이(31) 및 펀치(32)의 열 전도율이, 0.3(W/m·K)보다 큰 경우의 예이다.

다이(31)의 판 누름면(31a) 및 대향하는 펀치(32)의 면(32b) 중 적어도 한쪽에 열 전도율이 0.3(W/m·K) 이하인 단열재를 설치해도 된다. 이 경우, 예를 들면, V1, V2의 관계가 하기 식 (2)가 되도록, 펀치(32)의 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연화부(L)와 강도 천이부(T)를 보다 효율적으로 형성할 수 있다.

0.0≤V2/V1≤0.5 (2)

또한, 펀치(32)의 판 누름면(32a)이, 다이(31)의 세로벽(31b) 높이의 절반(W/2)의 위치와 엇갈리고 나서 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 블랭크(1A)는, 300℃ 이상의 다이(31)의 판 누름면(31a), 또는, 다이(31)의 판 누름면(31a)에 대향하는 300℃ 이상의 펀치(32)의 면(32b)에 접촉시키도록, 다이(31) 또는 펀치(32)의 온도를 제어해도 된다. 이 경우, 예를 들면, V1, V2의 관계가 상기 식 (2)가 되도록, 펀치(32)의 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연화부(L)와 강도 천이부(T)를 보다 효율적으로 형성할 수 있다. 또한, 300℃ 이상의 다이(31)의 판 누름면(31a), 및, 다이(31)의 판 누름면(31a)에 대향하는 300℃ 이상의 펀치(32)의 면(32b)의 양쪽 모두를, 펀치(32)의 판 누름면(32a)이, 다이(31)의 세로벽(31b) 높이의 절반(W/2)의 위치와 엇갈리고 나서 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 블랭크(1A)에 접촉시켜도 된다.

도 16a 및 도 16b는, 다이와 펀치를 이용해서 프레스 성형하는 장치의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 16a 및 도 16b에 나타내는 예에서는, 다이(31)에 시트 홀더(33)가 부착된다. 시트 홀더(33)는, 다이(31)의 오목부의 바닥부(31c)에 부착된 탄성 부재와, 탄성 부재의 선단에 부착된 누름 판을 포함한다. 누름판은, 프레스 성형 시에 블랭크(1A)에 꽉 눌러진다.

구체적으로는, 프레스 성형 시에, 블랭크(1A)의 중앙부는, 펀치(32)의 판 누름면(32a)과, 시트 홀더(33)의 누름판 사이에서, 양자로부터 눌린 상태가 된다. 이 상태로, 펀치(32)가 다이(31)의 오목부에 삽입된다.

이 경우도, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 다이(31)의 세로벽(31b)의 높이(W)는, 성형 하사점에 있어서의 펀치(32)의 판 누름면(32a)의 높이로부터 다이 숄더(31ab)의 높이까지의 스트로크 방향에 있어서의 거리로 한다.

[속도 제어의 예]

도 17 및 도 18에 나타내는 센터필러의 모델 부품의 열간 프레스 성형의 해석을 행했다. 도 17은, 모델 부품의 상면도이다. 도 18은, 도 17에 나타내는 A-A선에 있어서의 단면도이다. 모델 부품은, 단면이 해트 형상이다. 모델 부품의 성형 높이는 75mm이다. 다이에 대한 펀치의 속도의 3가지 패턴 각각으로, 열간 프레스 성형의 해석을 행하여, 도 18에 나타내는 단면에 있어서의 경도 분포를 측정했다. 도 19는, 3가지 속도의 패턴을 나타내는 그래프이다. 도 19에 나타내는 그래프에서는, 세로축이, 하사점을 0으로 하는 성형 시의 다이의 스트로크, 가로축이 시간을 나타낸다. Case 1에서는, 스트로크 전체에 걸쳐서 일정한 속도 40mm/초로 다이를 이동시켜서 성형했다. Case 2에서는, 스트로크의 처음으로부터 하사점 앞의 30mm까지는, 50mm/초의 속도로, 하사점 앞의 30mm로부터 하사점까지를, 15초에 걸쳐 성형했다. Case 2의 최후의 30mm의 속도는, 2mm/초이다. Case 3에서는, 스트로크의 처음으로부터 하사점 앞의 30mm까지는, 40mm/초의 속도로 펀치의 스트로크의 최후의 30mm를, 45초에 걸쳐 성형했다. Case 3의 마지막 30mm의 속도는, 0.66mm/초이다.

도 20은, Case 1~Case 3 각각의 조건에서 작성된 모델 부품의 도 18에 나타내는 단면에 있어서의 경도 분포를 나타내는 그래프이다. Case 1에서는, 세로벽으로부터 플랜지에 걸쳐 경도가 대략 일정하게 되어 있다. Case 3에서는, 세로벽으로부터 플랜지에 걸쳐 경도차가 생기고 있다. 즉, 연화부 및 강도 천이부가 형성되고 있다. 또한, 도시되지 않지만, Case 2에서도, 연화부 및 강도 천이부가 형성되었다. 이 해석에 있어서도, V1/V2＜0.05의 범위에 있어서, 연화부 및 강도 천이부가 형성되었다.

이상, 본 발명의 일실시 형태를 설명했지만, 상술한 실시 형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 일 없이, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시 형태를 적당히 변형해서 실시하는 것이 가능하다.

1 해트 부재 11 측벽
13 정면부 14 플랜지
L 연화부 T 강도 천이부

Claims (6)

1. 정면부(頂面部)와,
   상기 정면부의 양단에 있는 2개의 제1 능선과,
   상기 제1 능선에 인접하는 한쪽 단으로부터, 상기 정면부와 이루는 각이 90~135°인 방향으로 다른 쪽 단까지 연장되는 2개의 측벽으로서, 상기 2개의 측벽 각각의 상기 정면부에 수직인 방향에 있어서의 중간 위치의 경도 중 낮은 쪽의 경도로 정의되는 중앙 경도 Dc가 300HV 이상이고, 상기 다른 쪽 단으로부터 상기 중간 위치의 앞까지의 범위에 형성되며, 경도 Dn이 상기 중앙 경도 Dc보다 적어도 8% 낮은 연화부와, 상기 연화부에 인접하고, 상기 연화부로부터 상기 한쪽 단을 향해 0.5mm 이상의 범위이며, 상기 한쪽 단과 상기 다른 쪽 단 사이의 중간의 위치로부터 다른 쪽 단 측에 형성되고, 경도 Dt가 상기 중앙 경도보다 8%~1% 낮은 범위(0.92Dc≤Dt≤0.99Dc)에서 천이하는 강도 천이부를 갖는, 2개의 측벽과,
   상기 2개의 측벽의 상기 다른 쪽 단에 각각 인접하는 2개의 제2 능선과,
   상기 2개의 제2 능선으로부터 서로 멀어지는 방향으로 연장되는 2개의 플랜지를 구비하는 해트 부재.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 강도 천이부의 상기 제1 능선에 가까운 쪽의 단으로부터 상기 제2 능선에 가까운 쪽의 단까지의 폭은, 상기 강도 천이부의 평균 두께의 5배 이하인, 해트 부재.
3. 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 청구항 1에 기재된 해트 부재를 제조하는 제조 방법으로서,
   상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지하고,
   상기 다이의 다이 숄더에 접촉하는 상기 블랭크의 온도가 600℃ 이상 800℃ 이하일 때, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치에 접촉하는 상기 블랭크의 온도가 300℃ 이상 700℃ 이하일 때, 상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 하는, 해트 부재의 제조 방법.
4. 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 청구항 1에 기재된 해트 부재를 제조하는 제조 방법으로서,
   상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지하고,
   상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제2 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 미만인, 해트 부재의 제조 방법.
5. 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 청구항 1에 기재된 해트 부재를 제조하는 제조 방법으로서,
   상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지하고,
   상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제2 능선을 성형하고,
   상기 다이의 판 누름면에 대향하는 위치에 있는 상기 펀치의 면, 또는, 상기 다이의 판 누름면에 열 전도율 0.3(W/m·K) 이하의 단열재를 설치하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 상기 블랭크는 상기 단열재에 접촉하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 이상 2분의 1 이하인, 해트 부재의 제조 방법.
6. 블랭크를 펀치와 다이를 이용해서 프레스 성형함으로써 청구항 1에 기재된 해트 부재를 제조하는 제조 방법으로서,
   상기 블랭크를 900℃ 이상으로 가열하고, 900℃ 이상에서 1분간 이상 균열 유지하고,
   상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제1 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면을 엇갈리게 해서 상기 제2 능선을 성형하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의 동안에, 상기 블랭크는, 상기 다이의 판 누름면에 대향하는 위치에 있는 300℃ 이상의 상기 펀치의 면, 또는, 300℃ 이상의 상기 다이의 판 누름면에 접촉하고,
   상기 다이의 세로벽 높이의 절반의 위치와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈리고 나서, 상기 펀치의 판 누름면이 성형 하사점에 도달할 때까지의, 상기 다이와 상기 펀치의 평균 상대 속도 V2는, 상기 다이 숄더와 상기 펀치의 판 누름면이 엇갈릴 때의 상기 다이와 상기 펀치의 상대 속도 V1의, 20분의 1 이상 2분의 1 이하인, 해트 부재의 제조 방법.

Images