特許 7172107 プレス成形品及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】プレス成形品及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/21 20140101AFI20221109BHJP

   B23K 26/24 20140101ALI20221109BHJP

   B21D 22/20 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

B23K26/21 F

B23K26/24

B21D22/20 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018076340

(22)【出願日】2018-04-11

(65)【公開番号】P2019181523

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2020-12-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(72)【発明者】

【氏名】▲徳▼永 仁寿

(72)【発明者】

【氏名】澤 靖典

(72)【発明者】

【氏名】泰山 正則

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２１８５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２０９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０００７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２２６４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／２４

Ｂ２１Ｄ ２２／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２枚の突合せ溶接された鋼板を含み、
上記鋼板の少なくとも１枚の引張強度が９８０ＭＰａ以上であるテーラードブランク材をプレス成形してなるプレス成形品であって、
引張強度が９８０ＭＰａ以上である鋼板と他の鋼板の溶接線を含む垂直断面において表面から板厚の１／４、２／４、３／４の位置で、荷重２００ｇｆで測定したビッカース硬さを平均した値をビッカース硬さと定義し、上記溶接線の長さ方向に沿った他の位置のビッカース硬さと比較して１５％以上低いビッカース硬さを有する領域を軟化領域と定義するとき、
上記溶接線の端部の少なくとも一方に、上記溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の、上記溶接線を含む上記軟化領域を有する
ことを特徴とするプレス成形品。

【請求項2】

前記軟化領域は、前記溶接線に沿って０．７５ｍｍ以上の長さを有することを特徴とする請求項１に記載のプレス成形品。

【請求項3】

前記溶接線の端部の両方に前記軟化領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス成形品。

【請求項4】

少なくとも一方の鋼板の引張強度が９８０ＭＰａ以上である２枚の鋼板を突き合わせてレーザ溶接し溶接線を形成し、テーラードブランク材を得る工程、
上記溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、上記溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の上記溶接線を含む領域を熱処理する工程、
上記領域が切断線となるように上記テーラードブランク材の打ち抜き加工を行う工程、
打ち抜き加工された上記テーラードブランク材をプレス成形する工程
を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。

【請求項5】

前記切断線と前記溶接線の交差する位置は、すべて前記熱処理された前記領域であることを特徴とする請求項４に記載のプレス成形品の製造方法。

【請求項6】

前記熱処理はレーザによって行われることを特徴とする請求項４又は５に記載のプレス成形品の製造方法。

【請求項7】

前記熱処理は、前記領域を５００～８５０℃に加熱することを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テーラードブランク材及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車部品の軽量化、高機能化を実現する方法として、テーラードブランク工法の利用がある。テーラードブランク工法とは、必要な材料強度や板厚を変えた複数の素材（たとえば鋼板）を溶接したブランク材を、打ち抜き工程で溶接したブランク材の余分な部分を切断した後、プレスにて成形して1つの部材の中で板厚や強度が異なる部分を有する部材を作製する技術である。打ち抜き工程では、金型を用いて、図１に例示するように、テーラードブランク材１１を切断線１２に沿って切断し、所望の形状を得る。

【0003】

テーラードブランク材は、異種鋼板をつなぎ合わせることにより、ひとつの部品の中で板厚や強度を変化させることができるため、部品の軽量化や、高機能化が可能なことに加え、補強部材を加える手法に対して高価な金型を削減できるメリットがある。

【0004】

特許文献１には、レーザ溶接を用いた突き合わせ溶接によってテーラードブランク材を製造する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－２１９６８号公報

【文献】特開２０１２－１４８３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

テーラードブランク材の溶接線は溶接時の急冷凝固により母材部に比べて硬くなっている。そのため、テーラードブランク材１１を打ち抜き加工で切断する際に、切断線１２と溶接線１３が交差する位置を切断する金型の溶接線切断位置は優先的に摩耗することとなる。特に、テーラードブランク材の素材の少なくとも一方の素材が超ハイテン（引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板）の場合に顕著である。

【0007】

そこで溶接部に熱処理を施し、特性を改善する方法の検討を開始した。これまで同様の検討例はいくつか開示されている。

【0008】

特許文献２には、１回目の溶接部の近傍に２回目の溶接を、１回目の溶接部と略平行に、かも２回目の溶接部の方が１回目の溶接部よりも成形の際に変形を受ける箇所から遠くなるように施し、１回目の溶接部を焼き戻す方法が開示されている。

【0009】

しかしながら、特許文献２に開示された方法では２回目の溶接部は硬いままなので、２回目の溶接部が変形を受ける箇所から遠くなるような部品においては有効であるが、溶接線を切断する際の金型の摩耗に対しては効果がない。

【0010】

本発明は、上記の課題を解決し、打ち抜き加工で金型を用いて切断しても、金型に優先的な摩耗を生じさせることのないテーラードブランク材を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者らは、金型において、溶接線切断位置が優先的に摩耗することを防ぐための方法を鋭意検討した。検討の結果、テーラードブランク材において、溶接線上で打ち抜き加工で切断される位置の硬度を、溶接線上の他の位置と比べて低くすることにより、金型の優先的な摩耗を防ぐことができることを見出した。

【0012】

本発明は上記の知見を基に、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

【0013】

（１）少なくとも２枚の突合せ溶接された鋼板を含み、上記鋼板の少なくとも１枚の引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上である鋼板と他の鋼板の溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、上記溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の、上記溶接線を含む領域であって、ビッカース硬さが上記溶接線の他の位置のビッカース硬さと比較して１５％以上低い軟化領域を少なくとも１箇所有することを特徴とするテーラードブランク材。

【0014】

（２）少なくとも一方の鋼板の引張強度が９８０ＭＰａ以上である２枚の鋼板を突き合わせてレーザ溶接し溶接線を形成する工程、上記溶接線を含む溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の領域を熱処理する工程を備えることを特徴とするテーラードブランク材の製造方法。

【0015】

（３）前記熱処理はレーザによって行われることを特徴とする前記（２）のテーラードブランク材の製造方法。

【0016】

（４）前記熱処理は、前記領域を５００～８５０℃に加熱することを特徴とする前記（２）又は（３）のテーラードブランク材の製造方法。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、テーラードブランク材において、打ち抜き加工で切断する予定の切断線近傍の溶接線の硬度が低下しているため、テーラードブランク材を切断する際に、金型の溶接線切断位置が優先的に摩耗することがなく、金型の交換頻度が低下し、コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】テーラードブランク材と切断線、溶接線の概略を示す図である。

【図2】テーラードブランク材と切断線、溶接線の他の概略を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は溶接線が直線形状でない例、（ｃ）は鋼板を３枚用いた例である。

【図3】ビッカース硬さの測定位置を説明する図である。

【図4】実施例におけるテーラードブランク材と、切断線、溶接線、熱処理位置の概略を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

はじめに、本発明のテーラードブランク材について説明する。

【0020】

テーラードブランク工法を用いた部品製造においては、複数の鋼板が突き合せ溶接により溶接線が形成され接合されて仕立てられたテーラードブランク材をプレス成形で加工し、部品が完成する。プレス加工の際にはテーラードブランク材を打ち抜き加工するため、鋼板が突き合せ溶接された部分も切断される。テーラードブランク材の溶接線は母材部に比べて硬いので、金型の溶接線切断位置は優先的に摩耗する。

【0021】

本発明のテーラードブランク材は、少なくとも２枚の鋼板を含み、少なくとも１枚の鋼板の引張強度が９８０ＭＰａ以上である。そして、引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板と他の鋼板の間に形成された溶接線中に他の領域と比較して硬度の低い軟化領域を有する。具体的には、溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の領域であって、ビッカース硬さが、溶接線の軟化領域と異なる他の位置と比較して、ビッカース硬さが１５％以上低い軟化領域を少なくとも１箇所有している。

【0022】

溶接線の形状としては、一般的には直線形状が用いられることが多いが、直線を２本以上組み合わせた形状や曲線形状でも問題ない。また、テーラードブランク材に含まれる鋼板の枚数は２枚に限定されず、３枚以上でもよい（図２）。

【0023】

なお、本発明におけるビッカース硬さとは、溶接線を含む垂直断面における鋼板表面から板厚の１／４、２／４、３／４の位置で、荷重２００ｇｆで測定したビッカース硬さを平均した値をいうものとする（図３）。

【0024】

テーラードブランク材を打ち抜き加工で切断する際に、打ち抜き加工の切断線と溶接線が交差する位置が軟化領域となっていれば、金型に対する負荷が小さくなるので、金型の溶接線切断位置が優先的に摩耗することはなくなる。金型の溶接線切断位置の優先的な摩耗を防ぐためには、切断線と溶接線の交差する位置は、すべて、軟化領域となっていることが好ましい。

【0025】

軟化領域の大きさは、溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上あれば、打ち抜き加工で切断される範囲が軟化されることによる金型への負荷軽減効果が得られる。熱処理の効果や切断位置のずれを考慮して、軟化領域の範囲を広くしてもよい。溶接線に沿って４．０ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に２．０ｍｍ以上であれば好ましい。上限は特に設けないが、領域が広くなりすぎると、テーラードブランク材自体の強度が低下し、また、軟化領域を得るための工程のコストが高くなるので、２０ｍｍ×２０ｍｍ以下が好ましい。軟化領域の形状は長方形に限らず、たとえば、楕円形状でもよい。

【0026】

上述のような軟化領域を有することにより、打ち抜き加工の際に金型で溶接線が切断される位置が軟化領域となるようにすることで、金型の優先的な摩耗を防ぎ、金型の使用可能回数を増やすことができるとともに、他の溶接線上で切断された場合と比較して、切断端面で生じる遅発性の割れが回避できる効果も期待できる。

【0027】

次に、本発明のテーラードブランク材の製造方法について説明する。

【0028】

本発明のテーラードブランク材は、テーラードブランク材を構成する引張強度９８０ＭＰａ以上の鋼板と他の鋼板の溶接線の一部を熱処理することによって得られる。より具体的には、溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の領域を熱処理することにより、ビッカース硬さの低い軟化領域を設けることができる。

【0029】

熱処理には、たとえばレーザを用いることができる。レーザの種類は特に限定されず、ＹＡＧレーザやＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザ等を用いることができる。レーザの出力は、溶接線を加熱できればとくに限定されないが、たとえば、１．０～５．０ｋＷとすることができる。

【0030】

溶接線に沿った領域を均等に効率よく加熱するためには、均一強度の矩形レーザビームを用いるのがよい。矩形のビームを得るためには、矩形コアファイバからビームを出射できるレーザ発振器を用いてもよいし、レーザ発振器から出射されたレーザビームをシリンダーレンズやカライドスコープ等を用いて矩形化してもよい。また半導体レーザでは伝送ファイバーを介さずに直接矩形形状で発振されるレーザを用いてもよい。シリンダーレンズやカライドスコープ等を用いてビームを矩形化する場合、溶接に用いるものと同じレーザ発振器を用いて、ミラー等で溶接の際と加熱の際で光路を分けてもよい。

【0031】

熱処理は、溶接線の表裏面を加熱して冷却できればよいので、熱源はレーザに限定されるものではない。アークを用いたり、摩擦攪拌接合用のツールを両面から接触させたり、加熱した金属を接触させたりする方法でもよい。

【0032】

熱処理は、溶接線に沿って１．５ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に０．７５ｍｍ以上の領域が５００～８５０℃となるように加熱するのが好ましい。加熱温度は放射温度計で測定することができる。

【0033】

熱処理を施す領域の大きさは、熱処理の効果や加熱位置のずれを考慮して広くしてもよい。溶接線に沿って４．０ｍｍ以上、溶接線に垂直な方向に２．０ｍｍ以上であれば好ましい。上限は特に設けないが、熱処理を施す領域が広くなりすぎると、テーラードブランク材自体の強度が低下し、また、熱処理のコストが高くなるので、２０ｍｍ×２０ｍｍ以下が好ましい。熱処理を施す領域の形状は長方形に限らず、たとえば、楕円形状でもよい。

【0034】

このようにして得られたテーラードブランク材を、熱処理が施された領域が切断線となるようにして打ち抜き加工し、その後、プレス成形することにより、打ち抜き加工に用いる金型への負荷を小さくして、プレス成形品を製造することができる。

【0035】

通常、テーラードブランク工法においては、同種のテーラードブランク材を大量に用意し、それを同じ金型で打ち抜き加工し、部品を大量生産することとなるので、一度切断位置が特定できれば、他のテーラードブランク材の同じ位置を熱処理し、軟化領域を設けることは容易である。

【実施例】

【0036】

表１に示す２００ｍｍ×１００ｍｍに切断した２種類の鋼板を、長辺（２００ｍｍ）同士を突き合わせて、φ０．６ｍｍに集光した波長１０６４ｎｍのレーザを使用して溶接し、テーラードブランク材を作製した（図４）。突き合わせ溶接の条件はレーザ出力３．５ｋＷ、溶接速度５．５ｍ／ｍｉｎとした。

【0037】

このようにして作製したテーラードブランク材に、表１の記載の条件で、テーラードブランク材１１の切断線１２と溶接線１３の交点近傍の熱処理領域１４を、波長９４０ｎｍの矩形のレーザビームで、レーザ出力を１．３ｋＷとして熱処理した。

【0038】

テーラードブランク材の、熱処理を施す前後のビッカース硬さを表１に示す。表１中のビッカース硬さは、溶接線（熱処理を施した後の硬さは熱処理を施した領域内の溶接線）を含む垂直断面における鋼板表面から板厚の１／４、２／４、３／４の位置で、荷重２００ｇｆで測定したビッカース硬さを平均した値である。

【0039】

このテーラードブランク材に、金型で打ち抜き加工を行い溶接線が切断される部分が熱処理領域１４となるような切断線１２で切断し、金型の交換が必要となるまでの回数を調べた。結果を表１に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

本発明の方法を用いて製造したテーラードブランク材では、熱処理を施さなかったテーラードブランク材と比較して、金型交換までの切断回数が増加した。熱処理が好ましい範囲で施された、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４は、特に、金型交換までの切断回数が大幅に増加し、本発明が金型の局所的な摩耗を防ぐことに効果があることが示された。

【符号の説明】

【0042】

１１ テーラードブランク材
１２ 切断線
１３ 溶接線
１４ 熱処理領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】