JP2011031254A

JP2011031254A - 鋼板の熱間プレス成形方法

Info

Publication number: JP2011031254A
Application number: JP2009177522A
Authority: JP
Inventors: Eiji Iizuka; 栄治飯塚; Osamu Kondo; 修近藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】背景技術では、熱間プレスにおいてプレス成形性を向上させようとすると、プレス後に別個の装置による強制冷却工程の追加、あるいはプレス前に強制冷却工程の追加が必要である、かかる追加工程なしで、プレス成形性の向上を実現する。
【解決手段】鋼板１０を８５０℃以上に加熱し、金型１，２を用いて熱間プレス成形を６５０℃超の成形開始温度から行い、成形終了後は金型を下死点位置に保持する鋼板の熱間プレス成形方法において、平均成形速度を１００ｍｍ/ｓ以上とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼板の熱間プレス成形方法に関する。この方法で成形された製品は、自動車用骨格部品等に好ましく用いうる。

本発明の背景技術として、特許文献１〜３が挙げられる。
特許文献１には、熱間プレスにても冷間プレスと遜色ない高生産性が確保できる手段として、Ｃ：０．２質量％以上を含有する薄鋼板を８５０℃以上に加熱後プレス成形するに際し、プレス金型が下死点到達後５秒以内に成形品をプレス金型から取り出して冷却速度３０℃/ｓ以上で冷却し、成形品の硬さＨｖを４００以上とする熱間プレス方法が記載されている。

特許文献２には、高さが低くコンパクトな設計で高速動作性に優れ、プレス下死点での静止保持が可能なホットプレス方法として、ホットな状態にある鋼板を上下一対の金型間で所定形状にプレス成形するにあたり、高速昇降装置（駆動源：サーボモータ）により駆動する上型をプレス下死点まで降下させて鋼板を上下一対の金型間で所定形状にプレスした状態で、低速高荷重昇降装置（駆動源：油圧シリンダ）により駆動する下型を上昇させて静止保持し焼き入れする方法が記載されている。

特許文献３には、ブランク押さえを要する絞り変形や張出し変形にも適用可能な、鋼板を熱間プレスする技術として、Ｃ：０．１５質量％以上を含有する鋼板を８５０℃以上に加熱後、１０℃/ｓ以上の冷却速度で冷却しながら、プレス成形開始温度Ｔｐ［℃］を６００℃以下とし、プレス成形終了温度を前記鋼板のマルテンサイト変態開始温度Ｍｓ［℃］以上としてプレス成形し、その後３００℃以下まで１０℃/ｓ以上の冷却速度で冷却する熱間プレス方法が記載されている。

特開２００５−２８８５２８号公報特開２００６−０２６６３７号公報特開２００７−２７５９３７号公報

特許文献１の技術では、プレス装置とは別個に冷却装置を必要とし、また、プレス装置を冷却装置の冷媒から遮蔽する必要がある。特許文献２の技術では、プレス装置のみ使用するものの、プレス成形性向上には言及していない。特許文献３の技術では、８５０℃以上の加熱温度から６５０℃以下のプレス開始温度まで１０℃/ｓ以上の冷却速度で鋼板を冷却する工程を追加する必要がある、あるいはタクトタイムが長くなり、生産性が低下するといった問題がある。

すなわち、背景技術では、熱間プレスにおいてプレス成形性を向上させようとすると、生産性の低下や、プレス後に別個の装置による強制冷却工程の追加、あるいはプレス前に強制冷却工程の追加が必要であり、かかる追加工程なしではプレス成形性向上は期待できず、この点が課題であった。

本発明は、前記課題を解決し、熱間プレス成形工程において、プレス前の格別の強制冷却なしに、かつ、プレス後の金型抜熱冷却（金型との接触を保って金型への熱伝導を促すことによる冷却）以外の格別の強制冷却なしに、プレス成形性向上を達成できる手段を提供するものであり、その要旨構成は次のとおりである。
（１）鋼板を８５０℃以上に加熱し、金型を用いて熱間プレス成形を６５０℃超の成形開始温度から行い、成形終了後は金型を下死点位置に保持する鋼板の熱間プレス成形方法において、平均成形速度を１００ｍｍ/ｓ以上とすることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
（２）前記金型を駆動するプレス機にはサーボプレス機を用いることを特徴とする前項（１）に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。

本発明によれば、熱間プレス成形工程において、プレス前の格別の強制冷却なしに、かつ、プレス後の金型抜熱冷却（金型との接触を保って金型への熱伝導を促すことによる冷却）以外の格別の強制冷却なしに、プレス成形性、特に張出し成形性の向上を達成できる。

プレス機の１例を示す断面図成形限界高さ（ＬＤＨ）の平均成形速度依存性の１例を示す図

素材としての鋼板は、質量％でＣ：０．１５％以上を含有する組成の鋼板であることが好ましい。Ｃが０．１５％未満では、金型抜熱冷却による焼入れが不十分となる場合がある。その他の元素は特に限定されず、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓなどの基本元素は適宜含まれていてもよく、また、焼入れ性を高めるため、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｂなどを添加してもよい。

加熱温度は、素材を十分オーステナイト化するために、８５０℃以上とする。なお、搬送時の剛性などの観点から、加熱温度は１０５０℃以下が好ましい。
素材板厚は、０．８〜３．０ｍｍとするのが好ましい。０．８ｍｍ未満の場合、成形製品の剛性を確保するのが困難となる。３．０ｍｍ超の場合、板厚中心部まで焼入れ硬化させるのが困難となる。

成形開始温度は６５０℃超とする。６５０℃以下で成形開始すると、加熱完了から成形開始までの間を空冷（自然冷却）で冷却するとその間で素材にフェライトが生成して強度不足につながる場合があることや生産性が低下するため、プレス前に強制冷却（空冷よりも速い冷却速度での冷却）工程の追加が必要となり、課題を解決できない。
平均成形速度（鋼板の成形開始時点（固定、可動のいずれかの金型が鋼板の成形対象部と最初に接触した時点）から成形終了時点（可動金型が下死点に到達した時点）までの間の可動金型移動距離を時間で除した量）は１００ｍｍ/ｓ以上とする。発明者らは、熱間成形の主成形モードである球頭張出し成形実験を行い、成形限界高さ（Limit Dome Hight；LDH）と平均成形速度の関係を調査した。その結果見出されたことに、LDHは平均成形速度の増加につれて上昇し、その上昇傾向をみると、平均成形速度が１００ｍｍ/ｓ未満の範囲ではLDHの上昇傾向は小さいが、平均成形速度が１００ｍｍ/ｓ以上になるとLDHの上昇傾向が急増する。この知見に基づいて本発明では平均成形速度を１００ｍｍ/ｓ以上に限定した。

なお、前記実験において、LDHまで成形した成品のポンチ頂部（原点とする）からダイス肩部（原点からの相対距離を１とする）にかけて測定した板厚減少率の分布曲線は、原点からの相対距離が２/３程度になる位置に急峻なピークを有して、この位置が割れ発生危険部位であることを示す。そして、この分布曲線は、平均成形速度が１００ｍｍ/ｓ以上になると、原点付近の裾野が上昇し、ひずみ分布が均一化する傾向が現れることを示す。一方、素材のポンチ頂部は、成形開始からの冷却曲線によると、コンマ数秒で１００℃近く冷える。また、高温変形強度データによると、１００℃の温度差がある場合の変形強度の違いは、非常に大きい。これらのことから、平均成形速度を１００ｍｍ/ｓ以上とすることでLDHが大きく上昇する理由は、素材のポンチ頂部があまり冷えないうち、すなわち素材の最低温度部であるポンチ頂部の温度と他部との温度差すなわち変形強度差が小さいうちに成形が進行し、割れ発生危険部位へのひずみの局所集中が緩和されることにあると考えられる。

ところで、金型（のうち可動金型）を駆動するプレス機の種類には、クランクプレス機、油圧プレス機、サーボプレス機の３つがある。クランクプレス機は成形速度は最も速いが、下死点での金型保持ができないため、本発明には使えない。油圧プレス機は下死点での金型保持は容易であるが、クランクプレス機と比較して成形速度に制限があり、本発明に全く使えないというわけではないが、好適とはいえない。これらに対しサーボプレス機は、下死点での金型保持が容易であって、かつ、平均成形速度１００ｍｍ/ｓ以上を大きな余裕で達成でき、また、成形速度の制御性にも優れるので、本発明の実施にはサーボプレス機を用いることが好ましい。

図１に断面図を示すプレス機を用いて熱間プレス成形実験を行った。このプレス機は、クッション３に素材１０を乗せ、サーボモータ駆動９でダイ（可動金型）２を下降させ、素材１０の縁部をダイ２とクッション３とで挟圧しつつ押し下げ、素材１０の成形対象部を球頭ポンチ（固定金型）１に押圧して成形する方式のサーボプレス機である。主成形モードは張出し成形である。素材には、表１に示す組成を有する板厚１．６ｍｍの鋼板を用いた。素材を９００℃に加熱し、成形開始までは空冷し、７５０℃到達時点で成形開始し、平均成形速度を３０〜１２０ｍｍ/ｓの範囲内で種々変えて成形し、成形終了後、ダイを下死点位置に保持して金型抜熱冷却（焼入れ）を行った。潤滑条件は無潤滑とし、クッション荷重は５０トンとした。平均成形速度を変えた条件ごとに、成形高さを０．５ｍｍピッチで変え、成形限界高さ（ＬＤＨ）を求めた。なお、ＬＤＨは、割れが発生した時の成形高さ値から１ピッチ分（０．５ｍｍ）を減じた値である。その結果を表２および図２に示す。図２より、発明例では比較例に比べ、平均成形速度増加によるＬＤＨの上昇傾向が格段に大きく、プレス成形性が顕著に改善されていることが明らかである。

１球頭ポンチ（固定金型）
２ダイ（可動金型）
３クッション
９サーボモータ駆動
１０素材（鋼板）

Claims

鋼板を８５０℃以上に加熱し、金型を用いて熱間プレス成形を６５０℃超の成形開始温度から行い、成形終了後は金型を下死点位置に保持する鋼板の熱間プレス成形方法において、平均成形速度を１００ｍｍ/ｓ以上とすることを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
前記金型を駆動するプレス機にはサーボプレス機を用いることを特徴とする請求項１に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。